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JP4639101B2 - Component supporting substrate, manufacturing method thereof, and optical device - Google Patents

Component supporting substrate, manufacturing method thereof, and optical device Download PDF

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JP4639101B2 JP2005078682A JP2005078682A JP4639101B2 JP 4639101 B2 JP4639101 B2 JP 4639101B2 JP 2005078682 A JP2005078682 A JP 2005078682A JP 2005078682 A JP2005078682 A JP 2005078682A JP 4639101 B2 JP4639101 B2 JP 4639101B2
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Description

本発明は、光部品などの各種部品を支持するための部品支持基板及びその製造方法、部品支持基板と光学素子と光部品とを備える光デバイスに関するものである。   The present invention relates to a component support substrate for supporting various components such as an optical component, a manufacturing method thereof, and an optical device including a component support substrate, an optical element, and an optical component.

近年、インターネットに代表される情報通信技術の発達や、情報処理装置の処理速度の飛躍的向上などに伴って、画像等の大容量データを送受信するニーズが高まりつつある。かかる大容量データを情報通信設備を通じて自由にやり取りするためには10Gbps以上の情報伝達速度が望ましく、そのような高速通信環境を実現しうる技術として光通信技術に大きな期待が寄せられている。一方、機器内の配線基板間での接続、配線基板内の半導体チップ間での接続、半導体チップ内での接続など、比較的短い距離における信号伝達経路に関しても、高速で信号を伝送することが近年望まれている。このため、従来一般的であった金属ケーブルや金属配線から、光導波路等を用いた光伝送へと移行することが理想的であると考えられている。   In recent years, with the development of information communication technology represented by the Internet and the dramatic improvement in the processing speed of information processing apparatuses, there is an increasing need for transmitting and receiving large-capacity data such as images. An information transmission speed of 10 Gbps or higher is desirable to exchange such a large amount of data freely through an information communication facility, and great expectations are placed on optical communication technology as a technology that can realize such a high-speed communication environment. On the other hand, signals can be transmitted at high speeds even on signal transmission paths at relatively short distances, such as connections between wiring boards in equipment, connections between semiconductor chips in wiring boards, connections within semiconductor chips, etc. It has been desired in recent years. For this reason, it is thought that it is ideal to shift from the conventionally common metal cable or metal wiring to optical transmission using an optical waveguide or the like.

そして近年では、光導波路、光学素子、部品支持基板等を備え、光導波路と光学素子との間で光通信を行う光デバイスが各種提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。しかしながら、特許文献1,2に記載の従来技術では、各部品同士のアライメントを積極的に行っているわけではなく、はんだリフロー時のセルフアライメント作用に頼っているにすぎない。それゆえ、光学素子と光導波路との間で光軸ズレが生じやすく、光の伝送ロスが生じやすかった。   In recent years, various optical devices that include an optical waveguide, an optical element, a component support substrate, and the like and perform optical communication between the optical waveguide and the optical element have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). However, the prior art described in Patent Documents 1 and 2 does not actively perform alignment between components, but only relies on a self-alignment action during solder reflow. Therefore, an optical axis shift is likely to occur between the optical element and the optical waveguide, and a light transmission loss is likely to occur.

そこで最近では、上記のセルフアライメント方式の光デバイスばかりでなく、各部品同士のアライメントを積極的に行うガイドピンアライメント方式の光デバイスが提案されている(例えば、特許文献3参照)。改良した形態として図29にその一例を示す。この光デバイス101では、部品支持基板102側に部品支持体であるガイドピン103を立設し、そのガイドピン103を用いて光導波路104を位置合わせ状態で固定している。より具体的にいうと、部品支持基板102には、断面円形状であって一定の内径を有する充填用孔105が設けられる。充填用孔105内には樹脂材料を充填して硬化させることで樹脂充填部106が形成され、さらにその樹脂充填部106には嵌合穴107が形成される。嵌合穴107内にはガイドピン103の一部が嵌合されることで固定される。一方、光導波路104には位置合わせ用孔108があらかじめ設けられる。そして、ガイドピン103の突出箇所を位置合わせ用孔108に挿通させることにより、光導波路104が部品支持基板102や光学素子110に対して位置合わせされる。
特開2002−236228号公報 特開平8−250542号公報 特開2003−107283号公報(図17,図19等)
Therefore, recently, not only the self-alignment optical device described above, but also a guide pin alignment optical device that positively aligns each component has been proposed (see, for example, Patent Document 3). An example of the improved form is shown in FIG. In this optical device 101, a guide pin 103, which is a component support, is erected on the component support substrate 102 side, and the optical waveguide 104 is fixed in an aligned state using the guide pin 103. More specifically, the component support substrate 102 is provided with a filling hole 105 having a circular cross section and a constant inner diameter. The filling hole 105 is filled with a resin material and cured to form a resin filling portion 106, and a fitting hole 107 is formed in the resin filling portion 106. A part of the guide pin 103 is fitted into the fitting hole 107 and fixed. On the other hand, an alignment hole 108 is provided in the optical waveguide 104 in advance. Then, the optical waveguide 104 is aligned with the component support substrate 102 and the optical element 110 by inserting the protruding portion of the guide pin 103 into the alignment hole 108.
JP 2002-236228 A JP-A-8-250542 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2003-107283 (FIGS. 17, 19, etc.)

ところが、ガイドピンアライメント方式の光デバイス101には、以下の問題がある。即ち、部品支持基板102は熱膨張率や熱収縮率が比較的小さいセラミック材料からなるのに対し、樹脂充填部106は熱膨張率や熱収縮率が比較的大きい樹脂材料からなる。従って、光デバイス101の製造時、使用時に加熱や冷却を行うと、両者の熱膨張率の差、熱収縮率の差に起因して、部品支持基板102と樹脂充填部106との界面付近(特に充填用孔105の開口部付近)に熱応力が集中する。その結果、図30に示されるように、部品支持基板102と樹脂充填部106との間に隙間111が生じて、両者の密着性が悪化する。また、部品支持基板102側または樹脂充填部106側に、クラック121が生じやすくなる。よって、図29に示した従来の光デバイス101よりも高い信頼性を実現するためには、何らかの対策を講じる必要がある。さらに、隙間111やクラック121が生じた光デバイス101では、樹脂充填部106を充填用孔105内に保持する強度が低下する。そのため、ガイドピン103が位置ズレしてしまい、各部品同士の位置合わせ精度が悪化する可能性がある。   However, the guide pin alignment optical device 101 has the following problems. That is, the component support substrate 102 is made of a ceramic material having a relatively small coefficient of thermal expansion or thermal shrinkage, whereas the resin filling portion 106 is made of a resin material having a relatively large coefficient of thermal expansion or thermal shrinkage. Therefore, when the optical device 101 is heated or cooled during use, the vicinity of the interface between the component support substrate 102 and the resin filling portion 106 (due to the difference in thermal expansion coefficient between them and the difference in thermal shrinkage) ( In particular, thermal stress is concentrated in the vicinity of the opening of the filling hole 105. As a result, as shown in FIG. 30, a gap 111 is generated between the component support substrate 102 and the resin filling portion 106, and the adhesion between the two deteriorates. Further, cracks 121 are likely to occur on the component support substrate 102 side or the resin filling portion 106 side. Therefore, in order to realize higher reliability than the conventional optical device 101 shown in FIG. 29, it is necessary to take some measures. Further, in the optical device 101 in which the gap 111 and the crack 121 are generated, the strength for holding the resin filling portion 106 in the filling hole 105 is reduced. For this reason, the guide pin 103 is displaced, and the alignment accuracy between the components may be deteriorated.

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、樹脂充填部の密着性がよいため信頼性に優れ、しかも部品同士の高精度位置合わせが可能な部品支持基板を提供することにある。また、本発明の別の目的は、樹脂充填部の密着性がよいため信頼性に優れ、しかも部品同士の高精度光軸合わせが可能なため光伝送効率に優れた光デバイスを提供することにある。また、本発明のさらに別の目的は、上記の優れた部品支持基板を得るのに好適な製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a component support substrate that is excellent in reliability because of good adhesion of the resin-filled portion and that allows high-precision alignment between components. There is. Another object of the present invention is to provide an optical device that is excellent in reliability because of good adhesion of the resin-filled portion, and that has excellent optical transmission efficiency because high-precision optical axis alignment between components is possible. is there. Still another object of the present invention is to provide a production method suitable for obtaining the above excellent component support substrate.

そして上記課題を解決するための第1の課題解決手段としては、第1主面及び第2主面を有し、少なくとも前記第1主面にて開口する第1開口部を持つ充填用孔を有する基板と、前記充填用孔内に配置され、前記第1主面にて開口する嵌合穴を有する樹脂充填部と、前記嵌合穴に嵌合されることで固定され、前記嵌合穴から突出した箇所に他部品を支持可能な部品支持体とを備え、前記充填用孔はその内壁面に段差状の凹凸を備えるとともに、前記段差状の凹凸は前記内壁面における凹所と前記内壁面における凸所との高低差が100μm以上であり、その深さ位置によって異なる内径を有することを特徴とする部品支持基板がある。 As a first problem solving means for solving the above problems, a filling hole having a first main surface and a second main surface and having a first opening opening at least in the first main surface is provided. A fixed board by being fitted in the fitting hole, a resin filling portion having a fitting hole disposed in the filling hole and opening in the first main surface, and the fitting hole A part support that can support other parts at a location protruding from the inner surface, and the filling hole has a stepped unevenness on the inner wall surface, and the stepped unevenness is formed on the inner wall surface with the recess and the inner wall. There is a component support board characterized in that a height difference from a convex portion on a wall surface is 100 μm or more and has an inner diameter that varies depending on the depth position .

上記従来技術の充填用孔は一定の内径を有するためその内壁面には凹凸が存在しないのに対し、第1の課題解決手段の充填用孔の内壁面には凹凸が存在している。従って、第1の課題解決手段の構成によると、充填用孔の内壁面と樹脂充填部との接触面積が大きくなり、樹脂充填部の密着性が向上する。ゆえに、部品支持基板と樹脂充填部との界面付近に熱応力が集中しても、隙間の発生やクラックの発生には至らず、信頼性に優れたものとなる。また、樹脂充填部が充填用孔内に強固に保持される結果、部品支持体の位置ズレを未然に防止することができ、各部品同士の位置合わせ精度が高くなる。   Since the filling hole of the above prior art has a constant inner diameter, there are no irregularities on the inner wall surface, whereas there are irregularities on the inner wall surface of the filling hole of the first problem solving means. Therefore, according to the configuration of the first problem solving means, the contact area between the inner wall surface of the filling hole and the resin filling portion is increased, and the adhesion of the resin filling portion is improved. Therefore, even if thermal stress is concentrated in the vicinity of the interface between the component support substrate and the resin filling portion, no gaps or cracks are generated, and the reliability is excellent. Moreover, as a result of the resin-filled portion being firmly held in the filling hole, it is possible to prevent the component support member from being misaligned, and the alignment accuracy between the components is increased.

なお、第1の課題解決手段における「他部品」とは、例えば部品支持基板とは別体で構成された部品(例えば後述する光部品など)であって、部品支持基板と位置合わせされる対象物のことを指す。しかし「他部品」は第1の課題解決手段において必須構成要素ではない。   The “other component” in the first problem solving means is, for example, a component configured separately from the component support substrate (for example, an optical component to be described later), and an object to be aligned with the component support substrate. It refers to things. However, the “other parts” are not essential components in the first problem solving means.

また、上記課題を解決するための第2の課題解決手段としては、前記第1の課題解決手段にかかる部品支持基板と、前記部品支持基板上に搭載された光学素子と、前記光学素子と位置合わせした状態で前記部品支持体により支持される光部品とからなることを特徴とする光デバイスがある。   Further, as a second problem solving means for solving the above problems, a component support board according to the first problem solving means, an optical element mounted on the component support board, and the optical element and position There is an optical device comprising an optical component supported by the component support in a combined state.

従って、第2の課題解決手段によると、充填用孔の内壁面と樹脂充填部との接触面積が大きくなり、樹脂充填部の密着性が向上する。ゆえに、部品支持基板と樹脂充填部との界面付近に熱応力が集中しても、隙間の発生やクラックの発生には至らず、信頼性に優れたものとなる。また、樹脂充填部が充填用孔内に強固に保持される結果、部品支持体の位置ズレを未然に防止することができ、各部品同士の高精度光軸合わせを行うことができる。このため、光伝送効率に優れた光デバイスを実現することができる。   Therefore, according to the second problem solving means, the contact area between the inner wall surface of the filling hole and the resin filling portion is increased, and the adhesion of the resin filling portion is improved. Therefore, even if thermal stress is concentrated in the vicinity of the interface between the component support substrate and the resin filling portion, no gaps or cracks are generated, and the reliability is excellent. In addition, as a result of the resin filling portion being firmly held in the filling hole, it is possible to prevent the positional deviation of the component support body and to perform high-precision optical axis alignment between the components. For this reason, the optical device excellent in optical transmission efficiency is realizable.

部品支持基板を構成する基板としては、例えば、樹脂基板、セラミック基板、ガラス基板または金属基板が使用可能であるが、特にセラミック基板が好ましい。樹脂基板に比較して熱伝導性の高いセラミック基板を用いた場合には、発生した熱が効率よく放散される。そのため、例えば光部品を支持するための部品支持基板に適用した場合には、放熱性の悪化に起因する発光波長のズレが回避され、動作安定性・信頼性に優れた部品支持基板を実現することができる。かかるセラミック基板の好適例を挙げると、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ほう素、ベリリア、ムライト、低温焼成ガラスセラミック、ガラスセラミック等からなる基板がある。これらの中でもアルミナや窒化アルミニウムからなる基板を選択することが特に好ましい。   As the substrate constituting the component support substrate, for example, a resin substrate, a ceramic substrate, a glass substrate or a metal substrate can be used, and a ceramic substrate is particularly preferable. When a ceramic substrate having a higher thermal conductivity than that of the resin substrate is used, the generated heat is efficiently dissipated. Therefore, for example, when applied to a component support substrate for supporting an optical component, a shift in emission wavelength due to deterioration of heat dissipation is avoided, and a component support substrate excellent in operational stability and reliability is realized. be able to. Preferable examples of such ceramic substrates include substrates made of alumina, aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, beryllia, mullite, low-temperature fired glass ceramic, glass ceramic and the like. Among these, it is particularly preferable to select a substrate made of alumina or aluminum nitride.

また、樹脂基板の好適例としては、例えば、EP樹脂(エポキシ樹脂)、PI樹脂(ポリイミド樹脂)、BT樹脂(ビスマレイミド−トリアジン樹脂)、PPE樹脂(ポリフェニレンエーテル樹脂)等からなる基板を挙げることができる。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維(ガラス織布やガラス不織布)やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料からなる基板を使用してもよい。金属基板の好適例としては、例えば、銅基板、銅合金からなる基板、銅以外の金属単体からなる基板、銅以外の合金からなる基板などを挙げることができる。   Moreover, as a suitable example of a resin substrate, the board | substrate which consists of EP resin (epoxy resin), PI resin (polyimide resin), BT resin (bismaleimide-triazine resin), PPE resin (polyphenylene ether resin) etc. is mentioned, for example. Can do. In addition, a substrate made of a composite material of these resins and organic fibers such as glass fibers (glass woven fabric or glass nonwoven fabric) or polyamide fibers may be used. Preferable examples of the metal substrate include a copper substrate, a substrate made of a copper alloy, a substrate made of a single metal other than copper, and a substrate made of an alloy other than copper.

部品支持基板を構成する基板は、絶縁層と導体層(金属配線層)とを備えた配線基板であることがよく、特には多層配線基板であることがよい。前記導体層は基板表面に形成されていてもよく、基板内部に形成されていてもよい。これらの導体層の層間接続を図るために、基板内部にビアホール導体が形成されていてもよい。なお、かかる導体層やビアホール導体は、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)などからなる導電性金属ペーストを印刷または充填することにより形成される。そして、このような導体層には電気信号が流れるようになっている。なお、このような配線基板に加えて、例えば、樹脂絶縁層と導体層とを交互に積層してなるビルドアップ層を基板上に備えるビルドアップ配線基板を用いることも許容される。   The board constituting the component support board is preferably a wiring board provided with an insulating layer and a conductor layer (metal wiring layer), and particularly preferably a multilayer wiring board. The conductor layer may be formed on the substrate surface or may be formed inside the substrate. In order to achieve interlayer connection between these conductor layers, via hole conductors may be formed inside the substrate. For the conductor layer and via hole conductor, for example, a conductive metal paste made of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), tungsten (W), molybdenum (Mo), etc. is printed. Or it is formed by filling. An electric signal flows through such a conductor layer. In addition to such a wiring board, for example, it is allowed to use a build-up wiring board provided with a build-up layer formed by alternately laminating resin insulating layers and conductor layers on the board.

部品支持基板を構成する基板は、第1主面及び第2主面を有し、少なくとも前記第1主面にて開口する第1開口部を持つ充填用孔を有している。つまり、充填用孔は、第1主面側においてのみ開口する非貫通孔であってもよいほか、第1主面側及び第2主面側の両方において開口する貫通孔であっても構わない。   The substrate constituting the component support substrate has a first main surface and a second main surface, and has a filling hole having at least a first opening opening at the first main surface. That is, the filling hole may be a non-through hole that opens only on the first main surface side, or may be a through hole that opens on both the first main surface side and the second main surface side. .

第2の課題解決手段の光デバイスは、部品支持基板上に搭載された光学素子を備えている。光学素子は例えば部品支持基板上に1つまたは2つ以上搭載される。その搭載方法としては、例えば、ワイヤボンディングやフリップチップボンディング等の手法、異方導電性材料を用いた手法などを採用することができる。なお、光学素子は部品支持基板上に直接的に搭載されていてもよいほか、何らかの部材を介して間接的に搭載されていてもよい。発光部を有する光学素子(即ち発光素子)としては、例えば、発光ダイオード(Light Emitting Diode;LED)、半導体レーザダイオード(Laser Diode ;LD)、面発光レーザ(Vertical Cavity Surface Emitting Laser;VCSEL)等を挙げることができる。これらの発光素子は、入力した電気信号を光信号に変換した後、その光信号を所定部位に向けて発光部から出射する機能を備えている。一方、受光部を有する光学素子(即ち受光素子)としては、例えば、pinフォトダイオード(pin Photo Diode;pin PD)、アバランシェフォトダイオード(APD)等を挙げることができる。これらの受光素子は、光信号を受光部にて入射し、その入射した光信号を電気信号に変換して出力する機能を有している。なお、前記光学素子は発光部及び受光部の両方を有するものであってもよい。前記光学素子に使用する好適な材料としては、例えば、Si、Ge、InGaAs、GaAsP、GaAlAsなどを挙げることができる。このような光学素子(特に発光素子)は、動作回路によって動作される。光学素子及び動作回路は、例えば、部品支持基板に形成された導体層(金属配線層)を介して電気的に接続されている。   The optical device of the second problem solving means includes an optical element mounted on a component support substrate. For example, one or more optical elements are mounted on a component support substrate. As the mounting method, for example, a method such as wire bonding or flip chip bonding, a method using an anisotropic conductive material, or the like can be employed. The optical element may be directly mounted on the component support substrate, or may be indirectly mounted via some member. As an optical element (that is, light emitting element) having a light emitting portion, for example, a light emitting diode (LED), a semiconductor laser diode (LD), a surface emitting laser (Vertical Cavity Surface Emitting Laser; VCSEL), etc. Can be mentioned. These light emitting elements have a function of converting an inputted electric signal into an optical signal and then emitting the optical signal from a light emitting unit toward a predetermined portion. On the other hand, examples of the optical element having a light receiving portion (that is, a light receiving element) include a pin photodiode (pin PD) and an avalanche photodiode (APD). These light receiving elements have a function of causing an optical signal to be incident on the light receiving unit, converting the incident optical signal into an electric signal, and outputting the electric signal. The optical element may have both a light emitting part and a light receiving part. Suitable materials used for the optical element include, for example, Si, Ge, InGaAs, GaAsP, GaAlAs and the like. Such an optical element (particularly a light emitting element) is operated by an operation circuit. The optical element and the operation circuit are electrically connected through, for example, a conductor layer (metal wiring layer) formed on the component support substrate.

第2の課題解決手段の光デバイスは、光学素子と位置合わせした状態で部品支持体により支持される光部品を備えている。ここで光部品とは、光伝送機能、集光機能及び光反射機能のうちの少なくとも1つの機能を有する部品を意味する。具体例を挙げると、光伝送機能を有する光部品としては、例えば光導波路や光ファイバなどがある。なお、光導波路を支持する基材も、光伝送機能を有する光部品に該当するものとする。光ファイバと光ファイバを支持する光ファイバコネクタとからなる光部品も、光伝送機能を有する光部品に該当するものとする。集光機能を有する光部品としては、例えばマイクロレンズアレイ等に代表されるレンズ部品などがある。光反射機能を有する光部品としては、例えば光路変換部品などがある。なお、光路変換部が形成された光ファイバコネクタは、光反射機能を有する光部品であるということができる。光路変換部が形成された光導波路は、光伝送機能及び光反射機能を有する光部品であるということができる。なお、部品支持基板上には、1つの光部品のみが支持されていてもよく、2つ以上の光部品が支持されていてもよい。   The optical device of the second problem solving means includes an optical component supported by a component support in a state of being aligned with the optical element. Here, the optical component means a component having at least one of a light transmission function, a light collection function, and a light reflection function. As a specific example, examples of the optical component having an optical transmission function include an optical waveguide and an optical fiber. In addition, the base material which supports an optical waveguide shall also correspond to the optical component which has an optical transmission function. An optical component composed of an optical fiber and an optical fiber connector that supports the optical fiber also corresponds to an optical component having an optical transmission function. Examples of the optical component having a condensing function include a lens component represented by a microlens array. As an optical component having a light reflection function, for example, there is an optical path conversion component. In addition, it can be said that the optical fiber connector in which the optical path changing part is formed is an optical component having a light reflecting function. It can be said that the optical waveguide in which the optical path conversion unit is formed is an optical component having an optical transmission function and an optical reflection function. Note that only one optical component may be supported on the component support substrate, or two or more optical components may be supported.

前記光導波路とは、光信号が伝搬する光路となるコア及びそのコアを取り囲むクラッドを有した板状またはフィルム状の部材を指し、例えば、ポリマ材料等からなる有機系の光導波路、石英ガラスや化合物半導体等からなる無機系の光導波路等がある。前記ポリマ材料としては、感光性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを選択することができ、具体的には、フッ素化ポリイミド等のポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、UV硬化性エポキシ樹脂、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、重水素化PMMA、重水素フッ素化PMMA等のアクリル樹脂、ポリオレフィン系樹脂などが好適である。   The optical waveguide refers to a plate-like or film-like member having a core serving as an optical path through which an optical signal propagates and a clad surrounding the core. For example, an organic optical waveguide made of a polymer material, quartz glass, There are inorganic optical waveguides made of compound semiconductors and the like. As the polymer material, a photosensitive resin, a thermosetting resin, a thermoplastic resin, or the like can be selected. Specifically, a polyimide resin such as a fluorinated polyimide, an epoxy resin, a UV curable epoxy resin, a PMMA ( Polymethyl methacrylate), acrylic resins such as deuterated PMMA, deuterated fluorinated PMMA, polyolefin resins, and the like are suitable.

前記基板の充填用孔内には、樹脂材料からなる樹脂充填部が配置されている。樹脂材料はセラミック等の無機材料に比べて加工性に優れているので、樹脂充填部に対する高精度穴明けを簡単にかつ低コストで行うことができる。この樹脂充填部は第1主面にて開口する嵌合穴を有している。嵌合孔は第1主面側においてのみ開口する(即ち開口部を1つ有する)非貫通穴であってもよいほか、第1主面及び第2主面の両方において開口する(即ち開口部を2つ有する)貫通穴であってもよい。嵌合穴の形状等については特に限定されず、後述する部品支持体を支持可能な程度であればよい。ただし、嵌合穴は充填用孔よりも小径であることがよい。また、充填用孔の中心線及び嵌合穴の中心線は、合致していることが好ましいが、必ずしも合致していなくてもよい。   A resin filling portion made of a resin material is disposed in the filling hole of the substrate. Since the resin material is excellent in workability compared to an inorganic material such as ceramic, high-accuracy drilling of the resin-filled portion can be performed easily and at low cost. The resin filling portion has a fitting hole that opens at the first main surface. The fitting hole may be a non-through hole that opens only on the first main surface side (that is, has one opening), or opens in both the first main surface and the second main surface (that is, the opening). It may be a through hole. The shape of the fitting hole is not particularly limited as long as it can support a component support described later. However, the fitting hole is preferably smaller in diameter than the filling hole. In addition, the center line of the filling hole and the center line of the fitting hole preferably match, but do not necessarily match.

樹脂充填部を形成する樹脂としては特に限定されず、例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、感光性樹脂などを用いることができる。熱硬化性樹脂の具体例としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素樹脂、ビスマレイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂等がある。この場合、硬化収縮量が少ない熱硬化性樹脂を選択することが好ましい。熱可塑性樹脂の具体例としては、例えば、ポリスルフォン(PSF)、ポリフェニルエーテル(PPE)、ポリフェニレンスルホン(PPS)、ポリエーテルスルフォン(PES)、ポリフェニレンサルファイド(PPES)等がある。   The resin forming the resin filling portion is not particularly limited, and for example, a thermosetting resin, a thermoplastic resin, a photosensitive resin, or the like can be used. Specific examples of the thermosetting resin include an epoxy resin, a polyimide resin, a fluorine resin, a bismaleimide resin, a phenol resin, a polyphenylene resin, a polyolefin resin, and a fluorine resin. In this case, it is preferable to select a thermosetting resin having a small amount of curing shrinkage. Specific examples of the thermoplastic resin include polysulfone (PSF), polyphenyl ether (PPE), polyphenylene sulfone (PPS), polyether sulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPES), and the like.

樹脂充填部はフィラーを含んでいてもよい。フィラーの添加は樹脂充填部の熱膨張係数の低減に貢献する。前記フィラーとしては、樹脂などからなる有機フィラーや、セラミック、金属、ガラスなどからなる無機フィラーを挙げることができる。有機フィラーを選択した場合に得られる利点は、嵌合穴の加工が容易になることである。一方、無機フィラーを選択した場合に得られる利点は、例えばセラミック基板を用いる場合に、樹脂充填部の熱膨張係数をセラミック基板の熱膨張係数に整合させやすくなることである。さらに、金属フィラーを選択した場合には、樹脂充填部に導電性を付与することが可能となる。   The resin filling part may contain a filler. The addition of the filler contributes to the reduction of the thermal expansion coefficient of the resin filling portion. Examples of the filler include an organic filler made of resin and the like, and an inorganic filler made of ceramic, metal, glass and the like. An advantage obtained when an organic filler is selected is that the fitting hole is easily processed. On the other hand, an advantage obtained when an inorganic filler is selected is that, for example, when a ceramic substrate is used, it is easy to match the thermal expansion coefficient of the resin-filled portion with the thermal expansion coefficient of the ceramic substrate. Furthermore, when a metal filler is selected, conductivity can be imparted to the resin-filled portion.

部品支持基板を構成する部品支持体は、嵌合穴に嵌合されることで固定される。部品支持体の一部は少なくとも第1主面側から突出するとともに、その突出箇所には他部品(具体的には光部品など)が支持可能である。部品支持体の形状については特に限定されないが、例えばピン状のもの(ガイドピン)が好ましく、その材料としてはステンレス等のようにある程度硬質な金属がよい。また、部品支持体の直径(特に前記突出箇所の直径)については、他部品の有する位置合わせ凹部と嵌合できるように、当該位置合わせ凹部とほぼ同径である必要がある。なお、部品支持体の数については特に限定されないが、位置合わせ精度の向上及び固定強度の向上という観点からすると、単数よりは複数であることがよい。   The component support body which comprises a component support substrate is fixed by being fitted by the fitting hole. A part of the component support protrudes from at least the first main surface side, and another component (specifically, an optical component or the like) can be supported at the protruding portion. The shape of the component support is not particularly limited, but for example, a pin-shaped one (guide pin) is preferable, and the material is preferably a metal that is hard to some extent, such as stainless steel. In addition, the diameter of the component support (particularly the diameter of the protruding portion) needs to be approximately the same diameter as the alignment recess so that it can be fitted to the alignment recess of another component. In addition, although it does not specifically limit about the number of component support bodies, From a viewpoint of the improvement of positioning accuracy and the improvement of fixed intensity | strength, it is good that it is more than one.

この場合、嵌合穴は精密加工穴であること、具体的には加工要求精度が±0.001mm以内の精密加工穴であることが好ましい。この場合、各部品の位置合わせ精度を向上できるからである。なお、特に光デバイスにおいては精密加工穴を採用することが望ましく、この場合には光学素子及び光部品の光軸合わせを高い精度で行うことが可能となる。   In this case, it is preferable that the fitting hole is a precision processing hole, specifically, a precision processing hole having a processing requirement accuracy within ± 0.001 mm. In this case, the alignment accuracy of each component can be improved. In particular, in an optical device, it is desirable to employ a precision machined hole. In this case, it is possible to align the optical axes of optical elements and optical components with high accuracy.

前記充填用孔は、その内壁面に凹凸を備えている。充填用孔がその内壁面に備える凹凸は、内壁面における凹所と内壁面における凸所との高低差が100μm以上であることが望ましく、特には500μm以上であることが望ましい。即ち、高低差が100μm未満の充填用孔では、内壁面と樹脂充填部との接触面積を十分に確保できず、樹脂充填部の密着性を十分に向上できないからである。ここで、「凹所」とは充填用孔の中心軸から最も離れた箇所のことをいい、「凸所」とは充填用孔の中心軸に最も近い箇所のことをいうものとする。従って、「内壁面に凹所と内壁面に凸所との高低差」とは、充填用孔の中心軸から最も離れた箇所までの距離と、充填用孔の中心軸に最も近い箇所までの距離との差をいうものとする。このため、前記充填用孔に要求される条件は、一定の内径を有していないこと、言い換えるとその深さ位置によって異なる内径を有することである。つまり、前記充填用孔は、所定の深さ位置に最小径部分を有し、それとは別の深さ位置に最大径部分を有している。   The filling hole has irregularities on its inner wall surface. As for the unevenness provided on the inner wall surface of the filling hole, the height difference between the recess on the inner wall surface and the protrusion on the inner wall surface is preferably 100 μm or more, and particularly preferably 500 μm or more. That is, in the filling hole having a height difference of less than 100 μm, the contact area between the inner wall surface and the resin filling portion cannot be sufficiently secured, and the adhesion of the resin filling portion cannot be sufficiently improved. Here, the “concave portion” refers to a portion farthest from the central axis of the filling hole, and the “convex portion” refers to a portion closest to the central axis of the filling hole. Therefore, the “height difference between the concave on the inner wall surface and the convex on the inner wall surface” means the distance to the point farthest from the central axis of the filling hole and the point closest to the central axis of the filling hole. The difference from the distance. Therefore, the condition required for the filling hole is that it does not have a constant inner diameter, in other words, has an inner diameter that varies depending on its depth position. That is, the filling hole has a minimum diameter portion at a predetermined depth position and a maximum diameter portion at a different depth position.

前記充填用孔の最大径は最小径の1.1倍以上であることがよく、1.5倍以上であることがよりよい。この場合、内壁面と樹脂充填部との接触面積が十分に確保され、樹脂充填部の密着性を向上しやすくなる。   The maximum diameter of the filling hole is preferably 1.1 times or more of the minimum diameter, and more preferably 1.5 times or more. In this case, a sufficient contact area between the inner wall surface and the resin filling portion is ensured, and the adhesion of the resin filling portion is easily improved.

充填用孔は第1開口部において径が最も大きいことがよい。第2主面にて開口する第2開口部を有する場合、充填用孔は第1開口部及び第2開口部のうちの少なくともいずれかにおいて径が最も大きいことがよい。このような孔形状であると、充填用孔に樹脂材料を充填しやすくなり、樹脂材料の不完全充填の発生率が低くなる。また、樹脂材料中に空気が混入していたとしても、外部にその空気が抜け出しやすいので、樹脂充填部内における気泡の残留率が低くなる。つまり、このような孔形状は、樹脂充填部の密着性向上にとって好都合である。   The filling hole preferably has the largest diameter at the first opening. When it has the 2nd opening part opened on the 2nd principal surface, it is good for the hole for filling to have the largest diameter in at least any one of the 1st opening part and the 2nd opening part. With such a hole shape, it becomes easy to fill the resin material into the filling hole, and the occurrence rate of incomplete filling of the resin material is reduced. Further, even if air is mixed in the resin material, the air easily escapes to the outside, so that the residual ratio of bubbles in the resin filling portion is lowered. That is, such a hole shape is convenient for improving the adhesion of the resin-filled portion.

また、充填用孔は、第1開口部及び第2開口部の中間位置において径が最も小さいことが望ましく、中間位置から前記第1開口部及び前記第2開口部に向かうに従って径が大きくなることが特に望ましい。このような孔形状であると、不完全充填の発生率低減、気泡残留率の低減をよりいっそう図りやすくなるとともに、充填用孔自身の加工形成も容易になる。   The filling hole preferably has the smallest diameter at an intermediate position between the first opening and the second opening, and the diameter increases from the intermediate position toward the first opening and the second opening. Is particularly desirable. With such a hole shape, it is easier to further reduce the occurrence rate of incomplete filling and the bubble residual rate, and it is easy to process and form the filling hole itself.

例えば、前記基板が、透孔を有する複数のセラミック層からなるセラミック多層基板である場合、前記充填用孔は、透孔が複数個連続し、かつ、中間位置から第1開口部及び第2開口部に向かうに従って径が段階的に大きくなる構造を有していることが特に好ましい。このような孔形状であると、充填用孔の開口部付近に集中しやすい応力を、径が段階的に大きくなる部分(即ちエッジ部分)にも分散させることができる。よって、特定箇所への応力集中を回避することができ、信頼性の低下につながる隙間の発生やクラックの発生を確実に防止することができる。
また、前記基板が、透孔を有する複数のセラミック層からなるセラミック多層基板である場合、前記充填用孔は、中心軸をずらして配置された前記透孔が複数個連続した構造を有していてもよい。このような孔形状であっても、充填用孔の内壁面に凹凸が存在したものとなる。
For example, when the substrate is a ceramic multilayer substrate composed of a plurality of ceramic layers having through holes, the filling hole has a plurality of continuous through holes, and the first opening and the second opening from an intermediate position. It is particularly preferable to have a structure in which the diameter gradually increases toward the part. With such a hole shape, stress that tends to concentrate in the vicinity of the opening of the filling hole can be dispersed even in a portion where the diameter increases stepwise (that is, an edge portion). Therefore, stress concentration at a specific location can be avoided, and generation of a gap or crack that leads to a decrease in reliability can be reliably prevented.
In the case where the substrate is a ceramic multilayer substrate composed of a plurality of ceramic layers having through holes, the filling hole has a structure in which a plurality of the through holes arranged with a center axis shifted are continuous. May be. Even if it is such a hole shape, the unevenness | corrugation exists in the inner wall face of the hole for filling.

また、上記課題を解決するための第3の課題解決手段としては、第1主面及び第2主面を有し、少なくとも前記第1主面にて開口する第1開口部を持つ充填用孔を有する基板と、前記充填用孔内に配置され、前記第1主面にて開口する嵌合穴を有する樹脂充填部とを備え、前記嵌合穴には、他部品を支持可能な部品支持体または前記他部品自身に設けられた突部が嵌合可能であり、前記充填用孔はその内壁面に段差状の凹凸を備えるとともに、前記段差状の凹凸は前記内壁面における凹所と前記内壁面における凸所との高低差が100μm以上であり、その深さ位置によって異なる内径を有することを特徴とする部品支持基板がある。
従って、第3の課題解決手段の構成によると、充填用孔の内壁面と樹脂充填部との接触面積が大きくなり、樹脂充填部の密着性が向上する。ゆえに、部品支持基板と樹脂充填部との界面付近に熱応力が集中しても、隙間の発生やクラックの発生には至らず、信頼性に優れたものとなる。また、樹脂充填部が充填用孔内に強固に保持される結果、部品支持体や他部品の突部の位置ズレを未然に防止することができ、各部品同士の位置合わせ精度が高くなる。
なお、第3の課題解決手段における「他部品」とは、例えば部品支持基板とは別体で構成された部品(例えば光部品など)であって、部品支持基板と位置合わせされる対象物のことを指す。しかし「他部品」は第3の課題解決手段において必須構成要素ではない。「他部品を支持可能な部品支持体」も同様に第3の課題解決手段において必須構成要素ではない。
Further, as a third problem solving means for solving the above-described problem, a filling hole having a first main surface and a second main surface, and having a first opening opening at least in the first main surface. And a resin filling portion that is disposed in the filling hole and has a fitting hole that opens at the first main surface, and the fitting hole supports a component that can support other components. A protrusion provided on the body or the other part itself can be fitted, and the filling hole has a stepped unevenness on an inner wall surface thereof, and the stepped unevenness is formed with a recess on the inner wall surface and the There is a component support board characterized in that the height difference from the convex portion on the inner wall surface is 100 μm or more, and has an inner diameter that varies depending on the depth position .
Therefore, according to the configuration of the third problem solving means, the contact area between the inner wall surface of the filling hole and the resin filling portion is increased, and the adhesion of the resin filling portion is improved. Therefore, even if thermal stress is concentrated in the vicinity of the interface between the component support substrate and the resin filling portion, no gaps or cracks are generated, and the reliability is excellent. Further, as a result of the resin-filled portion being firmly held in the filling hole, it is possible to prevent the positional deviation of the projecting portions of the component support and other components, and the alignment accuracy between the components is increased.
The “other component” in the third problem solving means is, for example, a component (for example, an optical component) configured separately from the component support substrate, and the object to be aligned with the component support substrate. Refers to that. However, “other parts” are not essential components in the third problem solving means. Similarly, the “component supporter that can support other components” is not an essential component in the third problem solving means.

そして上記課題を解決するための第4の課題解決手段としては、第1,第3の課題解決手段にかかる部品支持基板の製造方法において、複数枚のセラミック未焼結体に径の異なる透孔を形成するとともに、前記透孔の最大径を最小径の1.1倍以上にする穴あけ工程と、小径の透孔が形成されたセラミック未焼結体を内部に配置し、大径の透孔が形成されたセラミック未焼結体を外部に配置した状態で、前記複数枚のセラミック未焼結体を積層圧着することにより、前記充填用孔を有するセラミック積層体を作製する積層圧着工程と、前記セラミック積層体を焼結させて前記基板とする焼成工程と、前記充填用孔内に樹脂材料を充填して樹脂充填部を形成する樹脂充填工程とを含むことを特徴とする部品支持基板の製造方法がある。 And as a 4th problem-solving means for solving the said subject, in the manufacturing method of the component support substrate concerning the 1st, 3rd problem-solving means, the through-hole from which a diameter differs in several ceramic unsintered bodies to form a, arranged a drilling step of the maximum diameter of the through hole in more than 1.1 times the minimum diameter, the ceramic green body diameter of the through-hole formed therein, the through hole of large diameter In a state where the ceramic unsintered body formed is placed outside, a multi-layer press-bonding step of laminating and press-bonding the plurality of ceramic unsintered bodies to produce the ceramic laminate having the filling holes, and A component supporting substrate comprising: a firing step of sintering the ceramic laminate to form the substrate; and a resin filling step of filling a resin material into the filling hole to form a resin filling portion. There is a manufacturing method.

従って、第4の課題解決手段にかかる製造方法によると、信頼性等に優れる上記の部品支持基板を容易にかつ低コストで製造することができる。   Therefore, according to the manufacturing method according to the fourth problem solving means, the component support board having excellent reliability and the like can be manufactured easily and at low cost.

以下、上記部品支持基板の製造方法を工程に沿って説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the said component support substrate is demonstrated along a process.

穴あけ工程では、複数枚のセラミック未焼結体に径の異なる透孔を形成する。セラミック材料は完全に焼結すると極めて硬くなる性質があるため、加工が難しくなり、加工コストも高くなる。しかし、本工程ではそれほど硬くない未焼結状態のセラミック材料を加工対象としているため、穴加工を比較的簡単にかつ低コストで行うことができる。穴あけ工程における穴加工の方法としては周知の技術を採用することができ、具体例としては、ドリル加工、パンチ加工、レーザ加工などがある。ただし、低コストという観点からすると、ドリル加工やパンチ加工といった機械的加工が好ましく、特にはパンチ加工が好ましい。   In the drilling step, through holes having different diameters are formed in a plurality of ceramic unsintered bodies. Since ceramic materials have the property of becoming extremely hard when completely sintered, processing becomes difficult and processing costs increase. However, since a non-sintered ceramic material that is not so hard is used as a processing target in this step, drilling can be performed relatively easily and at low cost. A well-known technique can be adopted as a hole processing method in the drilling step, and specific examples include drilling, punching, and laser processing. However, from the viewpoint of low cost, mechanical processing such as drilling or punching is preferable, and punching is particularly preferable.

積層圧着工程では、径の異なる複数の透孔がある場合、大径の透孔に比べて相対的に小径の透孔が形成されたセラミック未焼結体を内部に配置し、前記小径の透孔に比べて相対的に大径の透孔が形成されたセラミック未焼結体を外部に配置する。この配置を採ると、透孔が複数個連続した充填用孔が形成される。また、その充填用孔は、中間位置から第1開口部及び第2開口部に向かうに従って径が段階的に大きくなる構造を有したものとすることがよい。この状態で、複数枚のセラミック未焼結体を積層圧着することにより、充填用孔を有するセラミック積層体を作製する。   In the laminating and crimping process, when there are a plurality of through holes having different diameters, a ceramic unsintered body in which a relatively small diameter hole is formed compared to a large diameter through hole is disposed inside, and the small diameter through hole is disposed. A ceramic green body in which a through hole having a relatively larger diameter than the hole is formed is disposed outside. When this arrangement is adopted, a filling hole having a plurality of continuous through holes is formed. Moreover, it is preferable that the filling hole has a structure in which the diameter gradually increases from the intermediate position toward the first opening and the second opening. In this state, a plurality of ceramic green bodies are laminated and pressure-bonded to produce a ceramic laminate having filling holes.

焼成工程では、未焼結のセラミック積層体を高温下で加熱することにより焼結させて、前記基板とする。この時点でセラミックは硬質化する。焼成温度や焼成時間等については、選択したセラミックの種類に応じて適宜設定される。   In the firing step, the unsintered ceramic laminate is sintered at a high temperature to form the substrate. At this point, the ceramic hardens. The firing temperature, firing time, etc. are appropriately set according to the type of ceramic selected.

樹脂充填工程では、充填用孔内に樹脂材料を充填して樹脂充填部を形成する。より具体的には、充填用孔内に未硬化状態の樹脂材料を充填した後、その樹脂材料を硬化させて樹脂充填部とする。例えば、熱硬化性樹脂を選択した場合には充填後に加熱して樹脂材料を硬化させるようにし、感光性樹脂を選択した場合には充填後に紫外線を照射して樹脂材料を硬化させるようにする。樹脂材料の充填は例えば印刷等の手法により行うことができる。また、前記樹脂材料として、各種のフィラーを含む未硬化状態の樹脂材料を用いてもよく、熱伝導性の高い無機フィラーを含む未硬化状態の樹脂材料を用いてもよい。その理由は上述したとおりである。   In the resin filling step, the resin filling portion is formed by filling the resin material into the filling holes. More specifically, after filling an uncured resin material into the filling hole, the resin material is cured to form a resin filling portion. For example, when a thermosetting resin is selected, the resin material is cured by heating after filling. When a photosensitive resin is selected, the resin material is cured by irradiating with ultraviolet rays after filling. The filling of the resin material can be performed by a technique such as printing. Moreover, as the resin material, an uncured resin material containing various fillers may be used, or an uncured resin material containing an inorganic filler having high thermal conductivity may be used. The reason is as described above.

上記の穴あけ工程、積層圧着工程、焼成工程及び樹脂充填工程を実施した後、さらに嵌合穴形成工程を行ってもよい。嵌合穴形成工程では、樹脂充填部に嵌合穴を形成する。本工程における穴加工の方法としては周知の技術を採用することができるが、この場合には精密穴加工を行うことが望ましい。このような加工法によって嵌合穴を形成しておけば、位置合わせの際の基準となる部品支持体を、所望とする正しい位置にて支持することができるからである。精密穴加工の具体的手法としては、ドリル加工、パンチ加工、レーザ加工などがあるが、コスト性などを考慮すると精密ドリルを使用したドリル加工が最も好ましい。嵌合穴形成工程後に必要に応じて仕上げ加工を行うことにより、穴径を微調整してもよい。   A fitting hole forming step may be further performed after the hole making step, the lamination pressure bonding step, the firing step, and the resin filling step. In the fitting hole forming step, a fitting hole is formed in the resin filling portion. A well-known technique can be employed as the hole drilling method in this step, but in this case, it is desirable to perform precision hole drilling. This is because, if the fitting hole is formed by such a processing method, the component support body which becomes a reference for alignment can be supported at a desired correct position. Specific methods for precision hole drilling include drilling, punching, and laser processing. In consideration of cost and the like, drilling using a precision drill is most preferable. You may finely adjust a hole diameter by performing a finishing process as needed after a fitting hole formation process.

なお、樹脂充填工程を行った後に嵌合穴形成工程を行う上記手法に代えて、例えば、以下のように樹脂充填工程及び嵌合穴形成工程を同時に行う手法を採用してもよい。具体的には、まず、充填用孔内にスペーサ部材を配置する。スペーサ部材の好適例としては、例えば、ピンを有する金型などがある。前記ピンは嵌合穴の形状に対応した形状を有している。この場合、金型と基板とは互いに高精度に位置合わせされるべきである。この状態で、未硬化の樹脂材料を充填しかつ硬化させた後、スペーサ部材を除去する。そしてこの手法であっても、嵌合穴を有する樹脂充填部を比較的簡単に形成することができる。   Instead of the above method of performing the fitting hole forming step after performing the resin filling step, for example, a method of simultaneously performing the resin filling step and the fitting hole forming step as follows may be employed. Specifically, first, a spacer member is disposed in the filling hole. As a suitable example of the spacer member, for example, there is a mold having pins. The pin has a shape corresponding to the shape of the fitting hole. In this case, the mold and the substrate should be aligned with high accuracy. In this state, after filling and curing the uncured resin material, the spacer member is removed. And even if it is this method, the resin filling part which has a fitting hole can be formed comparatively easily.

この後、部品支持体取付工程を行い、嵌合穴に部品支持体を嵌合させて部品支持体を基板に支持させてもよい。   Then, a component support body attachment process may be performed and a component support body may be fitted to a fitting hole, and a component support body may be supported on a board | substrate.

なお、樹脂充填工程、嵌合穴形成工程及び部品支持体取付工程を順番に行う上記手法に代えて、例えば、以下のように樹脂充填工程及び部品支持体取付工程を同時に行う手法を採用してもよい。具体的には、まず、充填用孔内に部品支持体の一部を挿入した状態で保持する。この場合には、部品支持体を高精度に位置合わせしておくことが望ましい。また、複数の部品支持体を所定の保持治具を用いて一時的に保持固定することがより好適である。次に、この状態で充填用孔内に未硬化の樹脂材料を充填しかつ硬化させる。その結果、嵌合穴を有する樹脂充填部が形成されると同時に、嵌合穴に部品支持体を嵌合支持させることができる。上記保持治具は樹脂材料の硬化後に除去される。そしてこの手法も低コスト化に極めて有利である。   Instead of the above method of sequentially performing the resin filling step, the fitting hole forming step, and the component support attachment step, for example, a method of simultaneously performing the resin filling step and the component support attachment step as follows is adopted. Also good. Specifically, first, a part of the component support is inserted and held in the filling hole. In this case, it is desirable to align the component support with high accuracy. It is more preferable to temporarily hold and fix a plurality of component supports using a predetermined holding jig. Next, in this state, an uncured resin material is filled in the filling hole and cured. As a result, the resin filling portion having the fitting hole is formed, and at the same time, the component support body can be fitted and supported in the fitting hole. The holding jig is removed after the resin material is cured. This method is also extremely advantageous for cost reduction.

[第1実施形態] [First Embodiment]

以下、本発明を具体化した第1実施形態の光デバイスを、図1〜図20に基づき詳細に説明する。   Hereinafter, an optical device according to a first embodiment embodying the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

図1,図2に示されるように、本実施形態の光デバイス41は、光学素子(VCSEL14、フォトダイオード16)及び光部品(光導波路31)を部品支持基板10上に搭載した構造を備える。部品支持基板10を構成するセラミック基板11は、上面12(第1主面)及び下面13(第2主面)を有する略矩形状の板部材である。かかるセラミック基板11は、複数のセラミック層51,52,53,54,55からなる、いわゆるセラミック多層配線基板であって、上面12、下面13、内層に図示しない金属配線層を備えている。このセラミック基板11はビアホール導体(図示略)も備えており、層の異なる金属配線層同士はビアホール導体を介して層間接続されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the optical device 41 of the present embodiment has a structure in which an optical element (VCSEL 14, photodiode 16) and an optical component (optical waveguide 31) are mounted on a component support substrate 10. The ceramic substrate 11 constituting the component support substrate 10 is a substantially rectangular plate member having an upper surface 12 (first main surface) and a lower surface 13 (second main surface). The ceramic substrate 11 is a so-called ceramic multilayer wiring board composed of a plurality of ceramic layers 51, 52, 53, 54, and 55, and includes a metal wiring layer (not shown) on the upper surface 12, the lower surface 13, and the inner layer. The ceramic substrate 11 also includes a via-hole conductor (not shown), and metal wiring layers having different layers are connected to each other through the via-hole conductor.

図2においてセラミック基板11の上面12の左端には、発光素子の一種であるVCSEL14が、発光面を上方に向けた状態で搭載されている。このVCSEL14は、一列に並べられた複数(ここでは4つ)の発光部15を発光面内に有している。従って、これらの発光部15は、セラミック基板11の上面12に対して直交する方向(即ち図2の上方向)に、所定波長のレーザ光を出射するようになっている。一方、図2においてセラミック基板11の上面12の右端には、受光素子の一種であるフォトダイオード16が、受光面を上方に向けた状態で搭載されている。このフォトダイオード16は、一列に並べられた複数(ここでは4つ)の受光部17を受光面内に有している。従って、これらの受光部17は、図2の上側から下側に向かうレーザ光を受けやすいような構成となっている。   In FIG. 2, a VCSEL 14 which is a kind of light emitting element is mounted on the left end of the upper surface 12 of the ceramic substrate 11 with the light emitting surface facing upward. The VCSEL 14 has a plurality of (here, four) light emitting units 15 arranged in a line in the light emitting surface. Accordingly, these light emitting portions 15 emit laser light having a predetermined wavelength in a direction orthogonal to the upper surface 12 of the ceramic substrate 11 (that is, the upward direction in FIG. 2). On the other hand, a photodiode 16 which is a kind of light receiving element is mounted on the right end of the upper surface 12 of the ceramic substrate 11 in FIG. 2 with the light receiving surface facing upward. The photodiode 16 has a plurality of (here, four) light receiving portions 17 arranged in a line in the light receiving surface. Therefore, these light receiving portions 17 are configured to easily receive laser light from the upper side to the lower side in FIG.

なお、フォトダイオード16及びVCSEL14の有する端子は、セラミック基板11の上面12の金属配線層に対してそれぞれ接合されている。特にVCSEL14は、セラミック基板11の上面12に搭載された図示しない動作回路用ICに対し、前記金属配線層を介して電気的に接続されている。   Note that the terminals of the photodiode 16 and the VCSEL 14 are respectively joined to the metal wiring layer on the upper surface 12 of the ceramic substrate 11. In particular, the VCSEL 14 is electrically connected to an operation circuit IC (not shown) mounted on the upper surface 12 of the ceramic substrate 11 via the metal wiring layer.

図1,図2に示されるように、セラミック基板11における複数の箇所(ここでは4箇所)には、セラミック基板11の上面12及び下面13の両方にて開口する充填用孔21が形成されている。この充填用孔21は、内径が一定ではなく深さ位置によって異なっている。このため、充填用孔21の内壁面には凹凸が存在している。なお、充填用孔21の形状の詳細については後述する。   As shown in FIGS. 1 and 2, filling holes 21 are formed at a plurality of locations (here, 4 locations) in the ceramic substrate 11 so as to open at both the upper surface 12 and the lower surface 13 of the ceramic substrate 11. Yes. The filling hole 21 is not constant in inner diameter but varies depending on the depth position. For this reason, the inner wall surface of the filling hole 21 has irregularities. The details of the shape of the filling hole 21 will be described later.

そして本実施形態では、4つある充填用孔21のうちの2つがVCSEL14に近接して配置され、残りの2つがフォトダイオード16に近接して配置されている。VCSEL14に近接して配置された一対の充填用孔21は、発光部15の列とほぼ同一直線上にあって、発光部15の列をその両端側から挟む位置に配置されている。フォトダイオード16に近接して配置された一対の充填用孔21は、受光部17の列とほぼ同一直線上にあって、受光部17の列をその両端側から挟む位置に配置されている。   In this embodiment, two of the four filling holes 21 are arranged close to the VCSEL 14 and the remaining two are arranged close to the photodiode 16. The pair of filling holes 21 disposed in the vicinity of the VCSEL 14 are substantially collinear with the rows of the light emitting portions 15 and are disposed at positions sandwiching the rows of the light emitting portions 15 from both ends thereof. The pair of filling holes 21 arranged in the vicinity of the photodiode 16 are substantially on the same straight line as the row of the light receiving portions 17 and are arranged at positions sandwiching the row of the light receiving portions 17 from both ends thereof.

これらの充填用孔21の内部には樹脂充填部22が設けられており、その樹脂充填部22のほぼ中心部には嵌合穴23が設けられている。嵌合穴23は円形かつ等断面形状であって、セラミック基板11の上面12及び下面13の両方にて開口している。本実施形態の場合、嵌合穴23の直径は上記充填用孔21の最小径よりも小さく、約0.7mmに設定されている。4つある嵌合穴23の内部には、ステンレス鋼からなる断面円形状のガイドピン24(部品支持体)が、上面12側に一端を突出させた状態で嵌合されている。本実施形態において具体的には、JIS C 5981に規定するガイドピン「CNF125A−21」(直径0.699mm)を使用している。   A resin filling portion 22 is provided inside these filling holes 21, and a fitting hole 23 is provided at substantially the center of the resin filling portion 22. The fitting hole 23 is circular and has an equal cross-sectional shape, and is open on both the upper surface 12 and the lower surface 13 of the ceramic substrate 11. In the case of this embodiment, the diameter of the fitting hole 23 is smaller than the minimum diameter of the filling hole 21 and is set to about 0.7 mm. Inside the four fitting holes 23, a guide pin 24 (component support) made of stainless steel and having a circular cross section is fitted with one end protruding toward the upper surface 12 side. Specifically, in this embodiment, a guide pin “CNF125A-21” (diameter 0.699 mm) defined in JIS C 5981 is used.

図1,図2に示されるように、セラミック基板11の上面12側には、矩形状の光導波路31が配置されている。この光導波路31は、セラミック基板11よりも外形寸法が一回り小さくなるように形成されている。光導波路31を構成する基材32は、コア33及びそれを上下左右から取り囲むクラッド34を有している。実質的にコア33は光信号が伝搬する光路となる。本実施形態の場合、コア33及びクラッド34は、屈折率等の異なる透明なポリマ材料、具体的には屈折率等の異なるPMMA(ポリメチルメタクリレート)により形成されている。光路となるコア33は発光部15及び受光部17の数と同じく4つであって、それらは直線的にかつ平行に延びるように形成されている。コア33の両端部にはコア33の長手方向に対して45°の角度を持つ傾斜面が形成され、その傾斜面には光を全反射可能な金属からなる薄膜が蒸着されている。よって、各コア33の両端部は、それぞれ光を90°の角度で反射する光路変換用ミラー35,37を備えたものとなっている。光導波路31の四隅には円形状の位置合わせ穴36が貫通形成されている。これらの位置合わせ穴36は、ガイドピン24の大きさに対応して直径約0.7mmに設定されている。そして、光導波路31の有する各位置合わせ穴36(位置合わせ凹部)には、セラミック基板11から突出する各ガイドピン24が嵌合されている。その結果、セラミック基板11の上面12上にて、光導波路31が位置合わせされた状態で固定されている。ここで「位置合わせされた状態」とは、具体的には、図2の左端側に位置する各光路変換用ミラー35が各発光部15の直上にあり各コア33と各発光部15との光軸が合った状態、かつ、図2の右端側に位置する各光路変換用ミラー37が各受光部17の直上にあり各コア33と各受光部17との光軸が合った状態をいう。なお本実施形態では、セラミック基板11及び光導波路31は、位置合わせ穴36とガイドピン24との嵌合関係のみをもって互いに固定されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, a rectangular optical waveguide 31 is disposed on the upper surface 12 side of the ceramic substrate 11. The optical waveguide 31 is formed so that its outer dimension is slightly smaller than that of the ceramic substrate 11. The base material 32 constituting the optical waveguide 31 has a core 33 and a clad 34 surrounding the core 33 from above, below, left and right. The core 33 substantially becomes an optical path through which the optical signal propagates. In the case of the present embodiment, the core 33 and the clad 34 are formed of transparent polymer materials having different refractive indexes, specifically, PMMA (polymethyl methacrylate) having different refractive indexes. The number of the cores 33 serving as the optical path is four, the same as the number of the light emitting units 15 and the light receiving units 17, and they are formed so as to extend linearly and in parallel. An inclined surface having an angle of 45 ° with respect to the longitudinal direction of the core 33 is formed at both ends of the core 33, and a thin film made of a metal capable of totally reflecting light is deposited on the inclined surface. Therefore, both ends of each core 33 are provided with optical path conversion mirrors 35 and 37 that reflect light at an angle of 90 °. Circular alignment holes 36 are formed through the four corners of the optical waveguide 31. These alignment holes 36 are set to have a diameter of about 0.7 mm corresponding to the size of the guide pin 24. Each guide pin 24 protruding from the ceramic substrate 11 is fitted in each alignment hole 36 (alignment recess) of the optical waveguide 31. As a result, the optical waveguide 31 is fixed in an aligned state on the upper surface 12 of the ceramic substrate 11. Here, the “aligned state” specifically means that each optical path conversion mirror 35 located on the left end side in FIG. 2 is directly above each light emitting unit 15, and each core 33 and each light emitting unit 15 is connected. A state in which the optical axes are aligned and a state in which each optical path conversion mirror 37 located on the right end side in FIG. 2 is directly above each light receiving portion 17 and the optical axes of each core 33 and each light receiving portion 17 are aligned. . In the present embodiment, the ceramic substrate 11 and the optical waveguide 31 are fixed to each other only by the fitting relationship between the alignment hole 36 and the guide pin 24.

このように構成された光デバイス41の一般的な動作について簡単に述べる。   A general operation of the optical device 41 configured as described above will be briefly described.

VCSEL14及びフォトダイオード16は、セラミック基板11の金属配線層を介した電力供給により、動作可能な状態となる。セラミック基板11上の図示しないドライバICからVCSEL14に電気信号が出力されると、VCSEL14は入力した電気信号を光信号(レーザ光)に変換した後、その光信号をコア33の左端にある光路変換用ミラー35に向けて、発光部15から出射する。発光部15から出射したレーザ光は、光導波路31の下面側から入射して、コア33の光路変換用ミラー35に入射する。光路変換用ミラー35に入射したレーザ光は、そこで進行方向を90°変更する。このため、レーザ光はコア33の内部をその長手方向に沿って伝搬する。そして、コア33の右端に到ったレーザ光は、今度は光導波路31の右端に形成されている光路変換用ミラー37に入射する。光路変換用ミラー37に入射したレーザ光は、そこで進行方向を90°変更する。このため、レーザ光は光導波路31の下面側から出射し、さらにフォトダイオード16の受光部17に入射する。フォトダイオード16は受光したレーザ光を電気信号に変換し、変換した電気信号を図示しないレシーバICに出力するようになっている。   The VCSEL 14 and the photodiode 16 become operable by supplying power through the metal wiring layer of the ceramic substrate 11. When an electrical signal is output from the driver IC (not shown) on the ceramic substrate 11 to the VCSEL 14, the VCSEL 14 converts the input electrical signal into an optical signal (laser light), and then converts the optical signal to an optical path at the left end of the core 33. The light is emitted from the light emitting unit 15 toward the mirror 35 for use. The laser light emitted from the light emitting unit 15 enters from the lower surface side of the optical waveguide 31 and enters the optical path changing mirror 35 of the core 33. The laser light incident on the optical path changing mirror 35 changes its traveling direction by 90 °. For this reason, the laser beam propagates along the longitudinal direction inside the core 33. Then, the laser light reaching the right end of the core 33 is incident on an optical path conversion mirror 37 formed at the right end of the optical waveguide 31 this time. The laser light incident on the optical path changing mirror 37 changes its traveling direction by 90 °. For this reason, the laser light is emitted from the lower surface side of the optical waveguide 31 and is incident on the light receiving portion 17 of the photodiode 16. The photodiode 16 converts the received laser light into an electrical signal, and outputs the converted electrical signal to a receiver IC (not shown).

次に、上記構成の光デバイス41の製造方法を図3〜図11に基づいて説明する。   Next, a method for manufacturing the optical device 41 having the above configuration will be described with reference to FIGS.

まず、従来公知の手法によって光導波路31を作製し(図3参照)、これに対して精密ドリル加工を施すことにより四隅に位置合わせ穴36を形成しておく(図4参照)。   First, an optical waveguide 31 is produced by a conventionally known method (see FIG. 3), and then alignment holes 36 are formed at the four corners by performing precision drilling on the waveguide 31 (see FIG. 4).

また、以下の手順によりセラミック基板11を作製する。アルミナ粉末、有機バインダ、溶剤、可塑剤などを均一に混合・混練してなる原料スラリーを作製し、この原料スラリーを用いてドクターブレード装置によるシート成形を行い、所定厚みのグリーンシート56(セラミック未焼結体)を5層分形成する。次に、各グリーンシート56における所定部分にパンチ加工を施し、充填用孔21の一部をなす透孔57と、図示しないビア用孔とをそれぞれ形成する(図5参照)。この段階ではまだ未焼結状態であるので、穴加工を比較的簡単にかつ低コストで行うことができる。この後、ビア用孔に金属ペーストを充填するとともに、グリーンシート56の表面に金属ペーストを印刷する。   Further, the ceramic substrate 11 is produced by the following procedure. A raw material slurry is prepared by uniformly mixing and kneading alumina powder, an organic binder, a solvent, a plasticizer, and the like, and this raw material slurry is used to form a sheet with a doctor blade device. 5 layers of sintered bodies are formed. Next, a predetermined portion of each green sheet 56 is punched to form a through hole 57 forming a part of the filling hole 21 and a via hole (not shown) (see FIG. 5). Since it is still unsintered at this stage, drilling can be performed relatively easily and at low cost. Thereafter, the via hole is filled with a metal paste, and the metal paste is printed on the surface of the green sheet 56.

続く積層圧着工程では、5枚のグリーンシート56を積層して配置し、プレス装置を用いてそれらを圧着、一体化することにより、充填用孔21を有するセラミック積層体58を作製する(図6参照)。なお、図6のセラミック積層体58においては、上記の金属配線層やビアホール導体は示されず、省略されている。   In the subsequent laminating and crimping step, the five green sheets 56 are laminated and arranged, and they are crimped and integrated using a press device, thereby producing a ceramic laminate 58 having the filling holes 21 (FIG. 6). reference). In the ceramic laminate 58 of FIG. 6, the metal wiring layers and via hole conductors are not shown and are omitted.

次に、周知の手法に従って乾燥工程や脱脂工程などを行った後、さらにアルミナが焼結しうる加熱温度(1650℃〜1950℃)にて焼成工程を行う。これにより、セラミック積層体58を焼結させてセラミック基板11とする。この時点でセラミックは硬質化しかつ収縮する(図7参照)。   Next, after performing a drying process, a degreasing process, etc. according to a well-known method, a baking process is further performed at the heating temperature (1650 degreeC-1950 degreeC) which an alumina can sinter. Thereby, the ceramic laminate 58 is sintered to form the ceramic substrate 11. At this point, the ceramic hardens and shrinks (see FIG. 7).

続く樹脂充填工程では、以下のようにして充填用孔21内に樹脂充填部22を形成する。まず、ビスフェノールF型エポキシ樹脂(JER社製「エピコート807」)80重量部、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(JER社製「エピコート152」)20重量部に対し、硬化剤(四国化成工業社製「2P4MZ−CN」)5重量部、シランカップリング剤(信越化学社製「KBM−403」)で処理したシリカフィラー(龍森製「TSS−6」)200重量部、消泡剤(サンノプコ社製「ベレノールS−4」)を混合する。この混合物を3本ロールにて混練することにより、充填用の樹脂材料を調製しておく。即ち、本実施形態では、熱硬化性樹脂中に無機フィラーを含む未硬化状態の樹脂材料を用いる。   In the subsequent resin filling step, the resin filling portion 22 is formed in the filling hole 21 as follows. First, with respect to 80 parts by weight of bisphenol F type epoxy resin (“Epicoat 807” manufactured by JER) and 20 parts by weight of cresol novolac type epoxy resin (“Epicoat 152” manufactured by JER), a curing agent (“2P4MZ manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.) -CN ") 5 parts by weight, 200 parts by weight of a silica filler (" TSS-6 "manufactured by Tatsumori) treated with a silane coupling agent (" KBM-403 "manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), an antifoaming agent (" Sannopco " Berenol S-4 "). A resin material for filling is prepared by kneading this mixture with three rolls. That is, in this embodiment, an uncured resin material containing an inorganic filler in a thermosetting resin is used.

次に、セラミック基板11を印刷装置にセットし、その上面12に所定のメタルマスク(図示略)を密着させて配置する。メタルマスクにおいて充填用孔21に対応する箇所には、開口部があらかじめ形成されている。このようなメタルマスクを介して前記樹脂材料を印刷することにより、各充填用孔21内に樹脂材料を充填する。そして、印刷後のセラミック基板11を印刷装置から取り外した後、120℃,1時間の条件で加熱し、充填された樹脂材料を半硬化させて、樹脂充填部22とする(図8参照)。ここで、樹脂充填部22を完全に硬化させないのは、次の嵌合穴形成工程での穴加工をいっそう容易に行うためである。   Next, the ceramic substrate 11 is set in a printing apparatus, and a predetermined metal mask (not shown) is placed in close contact with the upper surface 12 thereof. In the metal mask, an opening is formed in advance at a location corresponding to the filling hole 21. The resin material is filled in each filling hole 21 by printing the resin material through such a metal mask. Then, after the printed ceramic substrate 11 is removed from the printing apparatus, it is heated at 120 ° C. for 1 hour, and the filled resin material is semi-cured to form the resin filling portion 22 (see FIG. 8). Here, the reason why the resin filling portion 22 is not completely cured is to perform hole processing in the next fitting hole forming step more easily.

続く嵌合穴形成工程では、精密ドリルを用いた精密穴加工を行って樹脂充填部22に嵌合穴23を形成する(図9参照)。このような加工法によれば、光軸合わせの際の基準となるガイドピン24を、所望とする正しい位置にて支持可能な嵌合穴23とすることができる。ここで、前記セラミック基板11を表面研磨装置にセットして、上面12及び下面13を研磨する。この研磨により、充填用孔21の開口部から突出して盛り上がっている余剰の樹脂や、基板表面に付着している樹脂を除去する。この研磨工程を行うと、セラミック基板11の上面12における凹凸が解消されて平坦化する。   In the subsequent fitting hole forming step, a precision hole is formed using a precision drill to form a fitting hole 23 in the resin filling portion 22 (see FIG. 9). According to such a processing method, the guide pin 24 serving as a reference for optical axis alignment can be the fitting hole 23 that can be supported at a desired correct position. Here, the ceramic substrate 11 is set in a surface polishing apparatus, and the upper surface 12 and the lower surface 13 are polished. By this polishing, the excess resin protruding from the opening of the filling hole 21 and the resin adhering to the substrate surface are removed. When this polishing process is performed, the unevenness on the upper surface 12 of the ceramic substrate 11 is eliminated and the ceramic substrate 11 is flattened.

次に、前記セラミック基板11を150℃,5時間の条件で加熱する本硬化処理を行って、樹脂充填部22を完全に硬化させる。さらに、周知の手法により仕上げ加工を行って、嵌合穴23の穴径を0.700mmとなるように微調整する。このときの加工に要求される精度は、具体的には±0.001mmである。   Next, a main curing process is performed in which the ceramic substrate 11 is heated at 150 ° C. for 5 hours to completely cure the resin filling portion 22. Furthermore, finishing is performed by a well-known method, and fine adjustment is performed so that the hole diameter of the fitting hole 23 becomes 0.700 mm. Specifically, the accuracy required for processing at this time is ± 0.001 mm.

次に、平坦化されたセラミック基板11の上面12上に、図示しない異方導電性材料を介してVCSEL14及びフォトダイオード16を搭載する(図10参照)。その結果、セラミック基板11の上面12における金属配線層の一部と、VCSEL14及びフォトダイオード16の接続端子とが電気的に接続される。なお、このとき上面12は凹凸のない平坦面となっているので、VCSEL14及びフォトダイオード16は上面12に対して平行な状態となる。   Next, the VCSEL 14 and the photodiode 16 are mounted on the flattened upper surface 12 of the ceramic substrate 11 via an anisotropic conductive material (not shown) (see FIG. 10). As a result, a part of the metal wiring layer on the upper surface 12 of the ceramic substrate 11 and the connection terminals of the VCSEL 14 and the photodiode 16 are electrically connected. At this time, since the upper surface 12 is a flat surface without unevenness, the VCSEL 14 and the photodiode 16 are parallel to the upper surface 12.

続く部品支持体取付工程では、専用の治具などを用いて、嵌合穴23にガイドピン24を圧入するようにして嵌合させる(図11参照)。   In the subsequent component support attachment process, the guide pin 24 is press-fitted into the fitting hole 23 using a dedicated jig or the like (see FIG. 11).

続く位置合わせ工程では、セラミック基板11の有する各ガイドピン24を光導波路31の有する各位置合わせ穴36に対して嵌合させる(図12参照)。これにより、光導波路31及びVCSEL14の光軸合わせと、光導波路31及びフォトダイオード16の光軸合わせと同時に行いつつ、光導波路31をセラミック基板11に支持させかつ固定する。以上のようにして図1,図2に示す本実施形態の光デバイス41が完成する。   In the subsequent alignment step, the guide pins 24 of the ceramic substrate 11 are fitted into the alignment holes 36 of the optical waveguide 31 (see FIG. 12). Thus, the optical waveguide 31 is supported and fixed to the ceramic substrate 11 while simultaneously performing the optical axis alignment of the optical waveguide 31 and the VCSEL 14 and the optical axis alignment of the optical waveguide 31 and the photodiode 16. As described above, the optical device 41 of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 is completed.

以上述べたように、本実施形態の光デバイス41では、充填用孔21の内壁面に凹凸が存在している。そのため、充填用孔21の内壁面と樹脂充填部22との接触面積が大きくなり、充填用孔21に対する樹脂充填部22の密着性が高くなっている。ゆえに、セラミック材料からなる部品支持基板10と樹脂材料からなる樹脂充填部22との界面付近に熱応力が集中しても、隙間の発生やクラックの発生には至らず、信頼性に優れたものとなる。また、樹脂充填部22が充填用孔21内に強固に保持される結果、ガイドピン24の位置ズレを未然に防止することができ、各部品同士を高い精度で光軸合わせすることができる。このため、光伝送効率に優れた光デバイス41を実現することができる。   As described above, in the optical device 41 of the present embodiment, the inner wall surface of the filling hole 21 has irregularities. Therefore, the contact area between the inner wall surface of the filling hole 21 and the resin filling portion 22 is increased, and the adhesion of the resin filling portion 22 to the filling hole 21 is increased. Therefore, even if thermal stress is concentrated near the interface between the component support substrate 10 made of a ceramic material and the resin filling portion 22 made of a resin material, no gaps or cracks are generated, and excellent in reliability. It becomes. Further, as a result of the resin filling portion 22 being firmly held in the filling hole 21, it is possible to prevent the positional deviation of the guide pin 24, and to align the optical axes of each component with high accuracy. For this reason, the optical device 41 excellent in optical transmission efficiency is realizable.

次に、本実施形態についてのいくつかの実施例及び比較例を図13〜図20に基づいて説明する。   Next, some examples and comparative examples of this embodiment will be described with reference to FIGS.

実施例及び比較例Examples and Comparative Examples

(実施例1の試験サンプルの作製) (Preparation of test sample of Example 1)

ここでは以下の手順で図13に示す試験サンプルを作製した。まず、5枚のグリーンシート56を用意し、そのうちの1枚について内径1.20mmの透孔57を形成し、2枚について内径2.00mmの透孔57を形成し、残りの2枚について2.30mmの透孔57を形成した。そして、内径1.20mmの透孔57が形成されたグリーンシート56の両側に、内径2.00mmの透孔57が形成されたグリーンシート56を配置し、さらにその両側に内径2.30mmの透孔57が形成されたグリーンシート56を配置した。この状態で5枚のグリーンシート56を積層圧着した後、焼成工程等を行った。その結果、透孔57が5個連続した構造の充填用孔21を有するセラミック基板11とした。そして、さらにこのセラミック基板11に対して上記の樹脂材料を充填して完全に硬化させることにより、樹脂充填部22を形成した。   Here, the test sample shown in FIG. 13 was produced according to the following procedure. First, five green sheets 56 are prepared, one of which is formed with a through hole 57 having an inner diameter of 1.20 mm, two of which are formed with a through hole 57 having an inner diameter of 2.00 mm, and the remaining two are 2 A 30 mm through hole 57 was formed. The green sheets 56 with the inner diameter 2.00 mm are formed on both sides of the green sheet 56 with the inner diameter 1.20 mm. The green sheet 56 has an inner diameter of 2.30 mm. A green sheet 56 in which holes 57 were formed was disposed. In this state, five green sheets 56 were laminated and pressure-bonded, and then a firing process and the like were performed. As a result, a ceramic substrate 11 having a filling hole 21 having a structure in which five through holes 57 are continuous was obtained. Further, the resin filling portion 22 was formed by filling the ceramic substrate 11 with the above resin material and completely curing it.

その結果、透孔57を有する5層のセラミック層51〜55からなるセラミック基板11の試験サンプル(実施例1の試験サンプル)を得た。この試験サンプルでは、各セラミック層51〜55の厚さが約0.24mmに設定され、セラミック基板11全体の厚さが約1.20mmに設定されている。第1層めのセラミック層51が有する透孔57の内径は、約1.9mmに設定されている。第2層めのセラミック層52が有する透孔57の内径は、約1.65mmに設定されている。第3層めのセラミック層53が有する透孔57の内径は、約1.0mmに設定されている。第4層めのセラミック層54が有する透孔57の内径は、約1.65mmに設定されている。第5層めのセラミック層55が有する透孔57の内径は、約1.9mmに設定されている。   As a result, a test sample (test sample of Example 1) of the ceramic substrate 11 including the five ceramic layers 51 to 55 having the through holes 57 was obtained. In this test sample, the thickness of each ceramic layer 51 to 55 is set to about 0.24 mm, and the thickness of the entire ceramic substrate 11 is set to about 1.20 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the first ceramic layer 51 is set to about 1.9 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the second ceramic layer 52 is set to about 1.65 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the third ceramic layer 53 is set to about 1.0 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the fourth ceramic layer 54 is set to about 1.65 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the fifth ceramic layer 55 is set to about 1.9 mm.

従って、実施例1の充填用孔21は、第1開口部61及び第2開口部62において径が最も大きく、第1開口部61及び第2開口部62の中間位置63において径が最も小さくなっている。また、実施例1の充填用孔21は、中間位置63から第1開口部61及び第2開口部62に向かうに従って、径が段階的に大きくなる構造を有している。即ち、この充填用孔21は、内径が深さ位置によって異なり、内壁面に凹凸を備えている。
(実施例2の試験サンプルの作製)
Therefore, the filling hole 21 of the first embodiment has the largest diameter at the first opening 61 and the second opening 62 and the smallest at the intermediate position 63 between the first opening 61 and the second opening 62. ing. Further, the filling hole 21 according to the first embodiment has a structure in which the diameter gradually increases from the intermediate position 63 toward the first opening 61 and the second opening 62. In other words, the inner diameter of the filling hole 21 varies depending on the depth position, and the inner wall surface has irregularities.
(Preparation of test sample of Example 2)

ここでは、内径2.30mmの透孔57が形成されたグリーンシート56の両側に、内径2.00mmの透孔57が形成されたグリーンシート56を配置し、さらにその両側に内径1.20mmの透孔57が形成されたグリーンシート56を配置した。この状態で積層圧着工程を行った後、焼成工程、樹脂充填工程等を実施した。その結果、図14に示すような、充填用孔21を有する厚さ約1.20mmのセラミック基板11の試験サンプル(実施例2の試験サンプル)を得た。   Here, the green sheets 56 with the inner diameter 2.00 mm are formed on both sides of the green sheet 56 with the inner diameter 2.30 mm and the inner diameter 1.20 mm. A green sheet 56 in which through holes 57 were formed was disposed. After performing the lamination | compression-bonding process in this state, the baking process, the resin filling process, etc. were implemented. As a result, a test sample (test sample of Example 2) of the ceramic substrate 11 having a thickness of about 1.20 mm having the filling holes 21 as shown in FIG. 14 was obtained.

得られた実施例2の試験サンプルにおいて、第1層めのセラミック層51が有する透孔57の内径は、約1.0mmに設定されている。第2層めのセラミック層52が有する透孔57の内径は、約1.65mmに設定されている。第3層めのセラミック層53が有する透孔57の内径は、約1.9mmに設定されている。第4層めのセラミック層54が有する透孔57の内径は、約1.65mmに設定されている。第5層めのセラミック層55が有する透孔57の内径は、約1.0mmに設定されている。   In the obtained test sample of Example 2, the inner diameter of the through hole 57 included in the first ceramic layer 51 is set to about 1.0 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the second ceramic layer 52 is set to about 1.65 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the third ceramic layer 53 is set to about 1.9 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the fourth ceramic layer 54 is set to about 1.65 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the fifth ceramic layer 55 is set to about 1.0 mm.

従って、実施例2の充填用孔21は、第1開口部61及び第2開口部62において径が最も小さく、第1開口部61及び第2開口部62の中間位置63において径が最も大きくなっている。また、実施例1の充填用孔21は、中間位置63から第1開口部61及び第2開口部62に向かうに従って、径が段階的に小さくなる構造を有している。即ち、この充填用孔21も、内径が深さ位置によって異なり、内壁面に凹凸を備えている。
(実施例3の試験サンプルの作製)
Therefore, the filling hole 21 of the second embodiment has the smallest diameter at the first opening 61 and the second opening 62 and the largest diameter at the intermediate position 63 between the first opening 61 and the second opening 62. ing. Further, the filling hole 21 according to the first embodiment has a structure in which the diameter gradually decreases from the intermediate position 63 toward the first opening 61 and the second opening 62. That is, the filling hole 21 also has an inner diameter that varies depending on the depth position, and has an uneven surface on the inner wall surface.
(Preparation of test sample of Example 3)

ここでは以下の手順で図15に示す試験サンプルを作製した。まず、5枚のグリーンシート56を用意し、それぞれについて内径2.00mmの透孔57を形成した。そして、透孔57をその中心軸をずらして配置した状態で5枚のグリーンシート56を積層圧着した。この場合のずらし量(オフセット量)を0.30mm〜0.50mmの範囲内で設定した。そして、焼成工程、樹脂充填工程等を実施して、充填用孔21を有する厚さ約1.20mmのセラミック基板11の試験サンプル(実施例3の試験サンプル)を得た。   Here, the test sample shown in FIG. 15 was produced according to the following procedure. First, five green sheets 56 were prepared, and through holes 57 having an inner diameter of 2.00 mm were formed for each. Then, five green sheets 56 were laminated and pressure-bonded in a state where the through-holes 57 were arranged with the center axis shifted. The shift amount (offset amount) in this case was set within the range of 0.30 mm to 0.50 mm. Then, a firing process, a resin filling process, and the like were performed to obtain a test sample (test sample of Example 3) of the ceramic substrate 11 having a filling hole 21 and a thickness of about 1.20 mm.

得られた実施例3の試験サンプルにおいて、各セラミック層51〜55が有する透孔57の内径は、いずれも約1.65mmに設定されている。即ち、この充填用孔21も、内径が深さ位置によって異なり、内壁面に凹凸を備えている。
(実施例4の試験サンプルの作製)
In the obtained test sample of Example 3, the inner diameters of the through holes 57 included in the ceramic layers 51 to 55 are all set to about 1.65 mm. That is, the filling hole 21 also has an inner diameter that varies depending on the depth position, and has an uneven surface on the inner wall surface.
(Preparation of test sample of Example 4)

ここでは、内径2.00mmの透孔57が形成されたグリーンシート56の両側に、内径3.00mmの透孔57が形成されたグリーンシート56を配置し、さらにその両側に内径2.00mmの透孔57が形成されたグリーンシート56を配置した。この状態で積層圧着工程を行った後、焼成工程、樹脂充填工程等を実施した。その結果、図16に示すような、充填用孔21を有する厚さ約1.20mmのセラミック基板11の試験サンプル(実施例4の試験サンプル)を得た。   Here, the green sheets 56 with the inner diameter of 3.00 mm are disposed on both sides of the green sheet 56 with the inner diameter of 2.00 mm and the inner diameter is 2.00 mm. A green sheet 56 in which through holes 57 were formed was disposed. After performing the lamination | compression-bonding process in this state, the baking process, the resin filling process, etc. were implemented. As a result, a test sample (test sample of Example 4) of the ceramic substrate 11 having a thickness of about 1.20 mm having the filling holes 21 as shown in FIG. 16 was obtained.

得られた実施例4の試験サンプルにおいて、第1層めのセラミック層51が有する透孔57の内径は、約1.65mmに設定されている。第2層めのセラミック層52が有する透孔57の内径は、約2.48mmに設定されている。第3層めのセラミック層53が有する透孔57の内径は、約1.65mmに設定されている。第4層めのセラミック層54が有する透孔57の内径は、約2.48mmに設定されている。第5層めのセラミック層55が有する透孔57の内径は、約1.65mmに設定されている。   In the obtained test sample of Example 4, the inner diameter of the through hole 57 included in the first ceramic layer 51 is set to about 1.65 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the second ceramic layer 52 is set to about 2.48 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the third ceramic layer 53 is set to about 1.65 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the fourth ceramic layer 54 is set to about 2.48 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the fifth ceramic layer 55 is set to about 1.65 mm.

従って、実施例4の充填用孔21は、第1開口部61及び第2開口部62において径が最も小さいほか、第1開口部61及び第2開口部62の中間位置63においても径が最も小さくなっている。この充填用孔21も、内径が深さ位置によって異なり、内壁面に凹凸を備えている。
(実施例5の試験サンプルの作製)
Therefore, the filling hole 21 of the fourth embodiment has the smallest diameter at the first opening 61 and the second opening 62 and the largest at the intermediate position 63 between the first opening 61 and the second opening 62. It is getting smaller. The filling hole 21 also has an inner diameter that varies depending on the depth position, and has an uneven surface on the inner wall surface.
(Preparation of test sample of Example 5)

ここでは、内径3.00mmの透孔57が形成されたグリーンシート56の両側に、内径2.00mmの透孔57が形成されたグリーンシート56を配置し、さらにその両側に内径3.00mmの透孔57が形成されたグリーンシート56を配置した。この状態で積層圧着工程を行った後、焼成工程、樹脂充填工程等を実施した。その結果、図17に示すような、充填用孔21を有する厚さ約1.20mmのセラミック基板11の試験サンプル(実施例5の試験サンプル)を得た。   Here, the green sheet 56 with the inner diameter 2.00 mm is formed on both sides of the green sheet 56 with the inner diameter 3.00 mm and the inner diameter 3.00 mm. A green sheet 56 in which through holes 57 were formed was disposed. After performing the lamination | compression-bonding process in this state, the baking process, the resin filling process, etc. were implemented. As a result, a test sample (test sample of Example 5) of the ceramic substrate 11 having a thickness of about 1.20 mm having the filling holes 21 as shown in FIG. 17 was obtained.

得られた実施例5の試験サンプルにおいて、第1層めのセラミック層51が有する透孔57の内径は、約2.48mmに設定されている。第2層めのセラミック層52が有する透孔57の内径は、約1.65mmに設定されている。第3層めのセラミック層53が有する透孔57の内径は、約2.48mmに設定されている。第4層めのセラミック層54が有する透孔57の内径は、約1.65mmに設定されている。第5層めのセラミック層55が有する透孔57の内径は、約2.48mmに設定されている。   In the obtained test sample of Example 5, the inner diameter of the through hole 57 included in the first ceramic layer 51 is set to about 2.48 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the second ceramic layer 52 is set to about 1.65 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the third ceramic layer 53 is set to about 2.48 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the fourth ceramic layer 54 is set to about 1.65 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the fifth ceramic layer 55 is set to about 2.48 mm.

従って、実施例5の充填用孔21は、第1開口部61及び第2開口部62において径が最も大きいほか、第1開口部61及び第2開口部62の中間位置63においても径が最も大きくなっている。この充填用孔21も、内径が深さ位置によって異なり、内壁面に凹凸を備えている。
(実施例6の試験サンプルの作製)
Therefore, the filling hole 21 of the fifth embodiment has the largest diameter at the first opening 61 and the second opening 62 and the largest diameter at the intermediate position 63 between the first opening 61 and the second opening 62. It is getting bigger. The filling hole 21 also has an inner diameter that varies depending on the depth position, and has an uneven surface on the inner wall surface.
(Preparation of test sample of Example 6)

ここでは、内径2.00mmの透孔57が形成されたグリーンシート56を3枚重ね合わせ、それらの両側に内径3.00mmの透孔57が形成されたグリーンシート56を配置した。この状態で積層圧着工程を行った後、焼成工程、樹脂充填工程等を実施した。その結果、図18に示すような、充填用孔21を有する厚さ約1.20mmのセラミック基板11の試験サンプル(実施例6の試験サンプル)を得た。   Here, three green sheets 56 each having a through hole 57 having an inner diameter of 2.00 mm are overlapped, and the green sheets 56 having a through hole 57 having an inner diameter of 3.00 mm are disposed on both sides thereof. After performing the lamination | compression-bonding process in this state, the baking process, the resin filling process, etc. were implemented. As a result, a test sample (test sample of Example 6) of the ceramic substrate 11 having a thickness of about 1.20 mm having the filling holes 21 as shown in FIG. 18 was obtained.

得られた実施例6の試験サンプルにおいて、第1層めのセラミック層51が有する透孔57の内径は、約2.48mmに設定されている。第2、第3及び第4層めのセラミック層52,53,54が有する透孔57の内径は、約1.65mmに設定されている。第5層めのセラミック層55が有する透孔57の内径は、約2.48mmに設定されている。   In the obtained test sample of Example 6, the inner diameter of the through hole 57 included in the first ceramic layer 51 is set to about 2.48 mm. The inner diameters of the through holes 57 included in the second, third, and fourth ceramic layers 52, 53, and 54 are set to about 1.65 mm. The inner diameter of the through hole 57 included in the fifth ceramic layer 55 is set to about 2.48 mm.

従って、実施例6の充填用孔21は、第1開口部61及び第2開口部62において径が最も大きいほか、第1開口部61及び第2開口部62の中間位置63においても径が最も大きくなっている。この充填用孔21も、内径が深さ位置によって異なり、内壁面に凹凸を備えている。
(比較例1の試験サンプルの作製)
Therefore, the filling hole 21 of Example 6 has the largest diameter at the first opening 61 and the second opening 62 and the largest diameter at the intermediate position 63 between the first opening 61 and the second opening 62. It is getting bigger. The filling hole 21 also has an inner diameter that varies depending on the depth position, and has an uneven surface on the inner wall surface.
(Preparation of test sample of Comparative Example 1)

ここでは、内径1.20mmの透孔57が形成されたグリーンシート56を5枚重ね合わせて配置して積層圧着工程を行った後、焼成工程、樹脂充填工程等を実施した。その結果、図19に示すような、充填用孔21を有する厚さ約1.20mmのセラミック基板11の試験サンプル(比較例1の試験サンプル)を得た。得られた比較例1の試験サンプルにおいては、各層のセラミック層51,52,53,54,55が有する透孔57の内径は、約1.0mmに設定されている。従って、比較例1の充填用孔21は、内径が深さ位置のいかんにかかわらず一定であり、内壁面に凹凸を備えないものとなっている。
(比較例2の試験サンプルの作製)
Here, five green sheets 56 having an inner diameter of 1.20 mm formed with through holes 57 were placed one on top of the other and the lamination pressure bonding process was performed, followed by the firing process, the resin filling process, and the like. As a result, a test sample (test sample of Comparative Example 1) of the ceramic substrate 11 having a thickness of about 1.20 mm having the filling holes 21 as shown in FIG. 19 was obtained. In the obtained test sample of Comparative Example 1, the inner diameter of the through hole 57 included in each ceramic layer 51, 52, 53, 54, 55 is set to about 1.0 mm. Therefore, the filling hole 21 of Comparative Example 1 has a constant inner diameter regardless of the depth position, and has no irregularities on the inner wall surface.
(Preparation of test sample of Comparative Example 2)

ここでは、内径3.00mmの透孔57が形成されたグリーンシート56を5枚重ね合わせて配置して積層圧着工程を行った後、焼成工程、樹脂充填工程等を実施した。その結果、図19に示すような、充填用孔21を有する厚さ約1.20mmのセラミック基板11の試験サンプル(比較例2の試験サンプル)を得た。得られた比較例2の試験サンプルにおいては、各層のセラミック層51,52,53,54,55が有する透孔57の内径は、約2.48mmに設定されている。従って、比較例2の充填用孔21も、内径が深さ位置のいかんにかかわらず一定であり、内壁面に凹凸を備えないものとなっている。
(第1の試験の方法及び結果)
Here, five green sheets 56 with through holes 57 having an inner diameter of 3.00 mm were placed in an overlapped manner and subjected to a laminating and crimping step, followed by a firing step, a resin filling step, and the like. As a result, a test sample (test sample of Comparative Example 2) of the ceramic substrate 11 having a thickness of about 1.20 mm having the filling holes 21 as shown in FIG. 19 was obtained. In the obtained test sample of Comparative Example 2, the inner diameter of the through hole 57 included in each ceramic layer 51, 52, 53, 54, 55 is set to about 2.48 mm. Therefore, the filling hole 21 of Comparative Example 2 also has a constant inner diameter regardless of the depth position, and has no irregularities on the inner wall surface.
(First test method and results)

ここでは、まず、実施例及び比較例の試験サンプル(ただし実施例3を除く。)について有限要素解析法による解析を行い、温度変化時に発生する熱応力の分布状況をシミュレーションした。具体的には、市販の線形有限要素解析プログラムを使用して2次元の線形有限要素解析モデルを作成した。なお、解析の簡略化のために、充填用孔21の中心軸を中心とした軸対象モデルを、前記線形有限要素解析モデルとした。また、樹脂材料の硬化温度である150℃を応力フリーのリファレンス温度として設定し、解析モデル全体が25℃となるように温度加重を設定した。また、解析モデルの作成にあたって、セラミック基板11の材料であるアルミナのヤング率を270GPa、ポアソン比を0.25、熱膨張係数6.5ppm/Kと定義した。樹脂充填部22の材料であるエポキシ系樹脂については、ヤング率を6GPa、ポアソン比を0.33、熱膨張係数(CTE)を15ppm/K〜45ppm/Kと定義した。   Here, first, test samples of Examples and Comparative Examples (excluding Example 3) were analyzed by a finite element analysis method, and the distribution state of thermal stress generated at the time of temperature change was simulated. Specifically, a two-dimensional linear finite element analysis model was created using a commercially available linear finite element analysis program. In order to simplify the analysis, the axis target model centered on the central axis of the filling hole 21 was used as the linear finite element analysis model. Further, 150 ° C., which is the curing temperature of the resin material, was set as a stress-free reference temperature, and temperature load was set so that the entire analysis model was 25 ° C. In creating the analysis model, the Young's modulus of alumina, which is the material of the ceramic substrate 11, was defined as 270 GPa, the Poisson's ratio was 0.25, and the thermal expansion coefficient was 6.5 ppm / K. The epoxy resin that is the material of the resin filling portion 22 was defined as Young's modulus of 6 GPa, Poisson's ratio of 0.33, and thermal expansion coefficient (CTE) of 15 ppm / K to 45 ppm / K.

その結果、例えばCTEが45ppm/Kの場合にセラミック基板11に加わるであろう最大相当応力の値は、実施例1では約195MPa、実施例2では約410MPa、実施例4では約350MPa、実施例5では約220MPa、実施例6では約225MPa、比較例1では約280MPaとなった。つまり、第1開口部61及び第2開口部62における径が最も大きいもの(実施例1,5,6)が、構造的に好ましい、という結果を得た(図20の表参照)。また、CTEが15ppm/K以上では、いずれの実施例においても、CTEに比例して最大相当応力の値は大きくなった。   As a result, for example, when the CTE is 45 ppm / K, the value of the maximum equivalent stress that will be applied to the ceramic substrate 11 is about 195 MPa in Example 1, about 410 MPa in Example 2, about 350 MPa in Example 4, and Example 5 was about 220 MPa, Example 6 was about 225 MPa, and Comparative Example 1 was about 280 MPa. That is, the result that the thing with the largest diameter in the 1st opening part 61 and the 2nd opening part 62 (Example 1, 5, 6) is structurally preferable was obtained (refer the table | surface of FIG. 20). When the CTE was 15 ppm / K or more, the maximum equivalent stress value was increased in proportion to the CTE in any of the examples.

また、いずれのサンプルにおいても、充填用孔21の開口部付近、とりわけ充填用孔21の開口縁に熱応力が集中することがわかった。ただし、充填用孔21の内壁面に段部がある各実施例については、その段部に熱応力が分散されることもわかった。ゆえに、各実施例では、充填用孔21の開口縁に集中する熱応力は、比較例1ほど大きくないものと予想された。
(第2の試験の方法及び結果)
Further, in any sample, it was found that thermal stress was concentrated in the vicinity of the opening of the filling hole 21, particularly in the opening edge of the filling hole 21. However, it was also found that in each Example in which the inner wall surface of the filling hole 21 has a step portion, thermal stress is dispersed in the step portion. Therefore, in each Example, it was estimated that the thermal stress concentrated on the opening edge of the filling hole 21 was not as great as that of Comparative Example 1.
(Method and result of the second test)

次に、実際に作製した実施例及び比較例のサンプルを厚さ方向に沿って切断し、その切断面を光学顕微鏡で観察した。そして、隙間やクラックの発生の程度、樹脂充填部22内における気泡の残留の程度、樹脂材料の不完全充填の程度について調査した。その結果を図20の表に示す。   Next, the actually produced samples of Examples and Comparative Examples were cut along the thickness direction, and the cut surfaces were observed with an optical microscope. The degree of occurrence of gaps and cracks, the degree of remaining bubbles in the resin filling portion 22, and the degree of incomplete filling of the resin material were investigated. The results are shown in the table of FIG.

その結果、実施例1では、充填用孔21内に樹脂材料が完全に充填されていた。また、隙間やクラックは全く発生しておらず、気泡は殆ど残留していなかった。実施例2では、充填用孔21内における樹脂材料の充填が不完全であった。また、隙間やクラックは発生していなかったが、いくぶん気泡が残留していた。実施例3では、充填用孔21内に樹脂材料が完全に充填されていた。また、隙間やクラックは発生しておらず、気泡は少ししか残留していなかった。実施例4では、充填用孔21内における樹脂材料の充填が不完全であった。また、隙間やクラックは発生していなかったが、いくぶん気泡が残留していた。実施例5では、充填用孔21内に樹脂材料が完全に充填されていた。また、隙間やクラックは発生していなかったが、いくぶん気泡が残留していた。実施例6では、充填用孔21内に樹脂材料が完全に充填されていた。また、隙間やクラックは全く発生しておらず、気泡は少ししか残留していなかった。比較例1では、充填用孔21内に樹脂材料が完全に充填されていて、気泡の残留もなかったが、樹脂材料とセラミック材料との界面に隙間が発生していた。比較例2では、充填用孔21内に樹脂材料が完全に充填されていて、気泡の残留もなかったが、セラミック基板11側において充填用孔21の周囲の箇所にクラックが発生していた。
(第3の試験の方法及び結果)
As a result, in Example 1, the resin material was completely filled in the filling hole 21. Further, no gaps or cracks were generated, and almost no bubbles remained. In Example 2, the filling of the resin material in the filling hole 21 was incomplete. Also, no gaps or cracks occurred, but some bubbles remained. In Example 3, the resin material was completely filled in the filling hole 21. Further, no gaps or cracks were generated, and only a few bubbles remained. In Example 4, the filling of the resin material in the filling hole 21 was incomplete. Also, no gaps or cracks occurred, but some bubbles remained. In Example 5, the resin material was completely filled in the filling hole 21. Also, no gaps or cracks occurred, but some bubbles remained. In Example 6, the filling material 21 was completely filled with the resin material. Further, no gaps or cracks were generated, and only a few bubbles remained. In Comparative Example 1, the resin material was completely filled in the filling hole 21 and no bubbles remained, but a gap was generated at the interface between the resin material and the ceramic material. In Comparative Example 2, the resin material was completely filled in the filling hole 21 and no bubbles remained, but cracks were generated at locations around the filling hole 21 on the ceramic substrate 11 side.
(Method and result of third test)

次に、上記実施例及び比較例の試験サンプル(ただし実施例2,4を除く。)を対象として、下記の2つの手法により微小な隙間やクラックの有無を調査するリーク試験を行った。即ち、第1の手法であるヘリウムリーク試験では、試験サンプルの表裏面を隔てるとともに、一方側面にヘリウムを供給してそのヘリウムが他方側面にリークするか否かを調べた。また、第2の手法であるレッドチェック試験では、試験サンプルの片側面に赤色溶液を着け、その赤色溶液が反対側面にリークするか否かを調査した。その結果を図20の表に示す。   Next, a leak test for investigating the presence or absence of minute gaps or cracks was performed by the following two methods on the test samples of the above examples and comparative examples (excluding Examples 2 and 4). That is, in the helium leak test as the first method, the front and back surfaces of the test sample were separated, and helium was supplied to one side surface to examine whether the helium leaked to the other side surface. In the red check test as the second method, a red solution was put on one side of the test sample, and it was investigated whether the red solution leaked on the opposite side. The results are shown in the table of FIG.

その結果、実施例1,3,5,6については、ヘリウムのリークも赤色溶液のリークも認められなかった。よって、微小な隙間やクラックすらも発生していないことがわかった。一方、隙間やクラックが発生している比較例1については、ヘリウムのリーク及び赤色溶液のリークが認められた。
(結論)
As a result, in Examples 1, 3, 5, and 6, neither helium leak nor red solution leak was observed. Therefore, it was found that even minute gaps and cracks did not occur. On the other hand, in Comparative Example 1 in which gaps and cracks occurred, helium leak and red solution leak were observed.
(Conclusion)

以上の各種試験の結果を総合すると、実施例1,3,6が他のものに比べて優れており、それらの中でも特に実施例1が優れていることが明らかとなった。
[第2実施形態]
When the results of the above various tests were combined, it was found that Examples 1, 3, and 6 were superior to the others, and that Example 1 was particularly superior among them.
[Second Embodiment]

図21には、本発明を具体化した第2実施形態の光デバイス71が示されている。ここでは、第1実施形態と相違する点について説明し、同じ点については共通の部材番号を付すのみとする。   FIG. 21 shows an optical device 71 according to a second embodiment that embodies the present invention. Here, differences from the first embodiment will be described, and the same points will only be denoted by common member numbers.

図21に示されるように、この光デバイス71は光ファイバコネクタ72を備えている。この光ファイバコネクタ72は、4心構造を有する光ファイバ75の先端に設けられた、いわゆるMTコネクタである。光ファイバ75の端面(即ち各コア33の端部)は、光ファイバコネクタ72の下端面において露出している。光ファイバコネクタ72の下端面における両端部には、下端面にて開口する位置合わせ穴74が一対設けられている。そして、これらの位置合わせ穴74にセラミック基板11側のガイドピン24が嵌合されている。その結果、左側の光ファイバコネクタ7は、VCSEL14と光軸が合った状態で、セラミック基板11の上面12側に固定されている。右側の光ファイバコネクタ72は、フォトダイオード16と光軸が合った状態で、セラミック基板11の上面12側に固定されている。 As shown in FIG. 21, the optical device 71 includes an optical fiber connector 72. This optical fiber connector 72 is a so-called MT connector provided at the tip of an optical fiber 75 having a four-core structure. The end face of the optical fiber 75 (that is, the end of each core 33) is exposed at the lower end face of the optical fiber connector 72. A pair of alignment holes 74 that open at the lower end surface are provided at both ends of the lower end surface of the optical fiber connector 72. The guide pins 24 on the ceramic substrate 11 side are fitted into these alignment holes 74. As a result, the optical fiber connector 7 2 on the left, with the VCSEL14 the optical axis suits, are fixed to the upper surface 12 side of the ceramic substrate 11. The right optical fiber connector 72 is fixed to the upper surface 12 side of the ceramic substrate 11 with the optical axis aligned with the photodiode 16.

そして、この光デバイス71においても、第1実施形態の実施例1と同じ構造の充填用孔21が、セラミック基板11に形成されている。即ち、充填用孔21の内壁面には凹凸が存在し、このため充填用孔21に対する樹脂充填部22の密着性が向上している。ゆえに、セラミック材料からなる部品支持基板10と樹脂材料からなる樹脂充填部22との界面付近に熱応力が集中しても、隙間の発生やクラックの発生には至らず、信頼性に優れたものとなる。また、樹脂充填部22が充填用孔21内に強固に保持される結果、ガイドピン24の位置ズレを未然に防止することができ、各部品同士を高い精度で光軸合わせすることができる。このため、光伝送効率に優れた光デバイス71を実現することができる。
[第3実施形態]
Also in this optical device 71, the filling hole 21 having the same structure as that of Example 1 of the first embodiment is formed in the ceramic substrate 11. That is, there are irregularities on the inner wall surface of the filling hole 21, and thus the adhesion of the resin filling portion 22 to the filling hole 21 is improved. Therefore, even if thermal stress is concentrated near the interface between the component support substrate 10 made of a ceramic material and the resin filling portion 22 made of a resin material, no gaps or cracks are generated, and excellent in reliability. It becomes. Further, as a result of the resin filling portion 22 being firmly held in the filling hole 21, it is possible to prevent the positional deviation of the guide pin 24, and to align the optical axes of each component with high accuracy. For this reason, the optical device 71 excellent in optical transmission efficiency is realizable.
[Third Embodiment]

図22には、本発明を具体化した第3実施形態の光デバイス81が示されている。ここでも、第1実施形態と相違する点について説明し、同じ点については共通の部材番号を付すのみとする。   FIG. 22 shows an optical device 81 according to a third embodiment that embodies the present invention. Here, the points that are different from the first embodiment will be described, and the same points are only given common member numbers.

図22に示されるように、本実施形態の光デバイス81は、VCSEL14(光学素子)、セラミック基板11(基板)、マイクロレンズアレイ87、光ファイバコネクタ86、ガイドピン24(部品支持体)等によって構成されている。   As shown in FIG. 22, the optical device 81 of the present embodiment includes a VCSEL 14 (optical element), a ceramic substrate 11 (substrate), a microlens array 87, an optical fiber connector 86, a guide pin 24 (component support), and the like. It is configured.

セラミック基板11の上面12には金属配線層93が形成され、その金属配線層93の一部には接続パッド92が形成されている。セラミック基板11の下面13には複数のはんだバンプ95が設けられている。セラミック基板11の上面12にはVCSEL14が搭載されている。なお、VCSEL14に代えて、フォトダイオードのような受光素子を搭載した構成としてもよい。VCSEL14の近傍には、VCSEL14を駆動するための動作回路用IC94(いわゆるドライバIC)が配置される。   A metal wiring layer 93 is formed on the upper surface 12 of the ceramic substrate 11, and a connection pad 92 is formed on a part of the metal wiring layer 93. A plurality of solder bumps 95 are provided on the lower surface 13 of the ceramic substrate 11. A VCSEL 14 is mounted on the upper surface 12 of the ceramic substrate 11. In place of the VCSEL 14, a light receiving element such as a photodiode may be mounted. An operation circuit IC 94 (so-called driver IC) for driving the VCSEL 14 is disposed in the vicinity of the VCSEL 14.

セラミック基板11の上面12側に配置されるマイクロレンズアレイ87は、蓋状のマイクロレンズアレイ本体96を備えている。マイクロレンズアレイ本体96は樹脂成形品であって、そのマイクロレンズ取付穴90にはマイクロレンズ88が取り付けられている。マイクロレンズアレイ本体96は、表裏を貫通すように形成された位置合わせ穴89を有している。この位置合わせ穴89にはガイドピン24が挿通されている。本実施形態のマイクロレンズアレイ87は、集光機能を有する光部品であると把握できる。マイクロレンズ88及びマイクロレンズアレイ本体96は、上記のように別体として構成されていてもよいが、一体として構成されていてもよい。   The microlens array 87 disposed on the upper surface 12 side of the ceramic substrate 11 includes a lid-shaped microlens array main body 96. The microlens array body 96 is a resin molded product, and a microlens 88 is attached to the microlens mounting hole 90. The microlens array main body 96 has an alignment hole 89 formed so as to penetrate the front and back sides. The guide pin 24 is inserted into the alignment hole 89. It can be understood that the microlens array 87 of the present embodiment is an optical component having a light collecting function. The microlens 88 and the microlens array main body 96 may be configured as separate bodies as described above, but may be configured as a single body.

マイクロレンズアレイ87の上側に配置される光ファイバコネクタ86は、光ファイバ82の先端に取り付けられている。光ファイバコネクタ86の左端側下部には約45°の傾斜面を有する切欠部85が設けられ、その傾斜面上には光路変換ミラー84が形成されている。光路変換ミラー84が形成された本実施形態の光ファイバコネクタ86は、光反射機能を有する光部品であると把握できる。光ファイバコネクタ86は、表裏を貫通するように形成された位置合わせ穴83を有している。この位置合わせ穴8にはガイドピン24が挿通されている。 An optical fiber connector 86 disposed on the upper side of the microlens array 87 is attached to the tip of the optical fiber 82. A notch 85 having an inclined surface of about 45 ° is provided at the lower left side of the optical fiber connector 86, and an optical path conversion mirror 84 is formed on the inclined surface. The optical fiber connector 86 of the present embodiment in which the optical path conversion mirror 84 is formed can be grasped as an optical component having a light reflection function. The optical fiber connector 86 has an alignment hole 83 formed so as to penetrate the front and back sides. Guide pin 24 is inserted through the alignment holes 8 3.

そして、この光デバイス81においても、第1実施形態の実施例1と同じ構造の充填用孔21が、セラミック基板11に形成されている。従って、充填用孔21の内壁面には凹凸が存在し、このため充填用孔21に対する樹脂充填部22の密着性が高くなっている。ゆえに、セラミック材料からなる部品支持基板10と樹脂材料からなる樹脂充填部22との界面付近に熱応力が集中しても、隙間の発生やクラックの発生には至らず、信頼性に優れたものとなる。また、樹脂充填部22が充填用孔21内に強固に保持される結果、ガイドピン24の位置ズレを未然に防止することができ、各部品同士を高い精度で光軸合わせすることができる。このため、光伝送効率に優れた光デバイス81を実現することができる。   Also in this optical device 81, the filling hole 21 having the same structure as that of Example 1 of the first embodiment is formed in the ceramic substrate 11. Therefore, the inner wall surface of the filling hole 21 has irregularities, and therefore the adhesion of the resin filling portion 22 to the filling hole 21 is high. Therefore, even if thermal stress is concentrated near the interface between the component support substrate 10 made of a ceramic material and the resin filling portion 22 made of a resin material, no gaps or cracks are generated, and excellent in reliability. It becomes. Further, as a result of the resin filling portion 22 being firmly held in the filling hole 21, it is possible to prevent the positional deviation of the guide pin 24, and to align the optical axes of each component with high accuracy. For this reason, the optical device 81 excellent in optical transmission efficiency can be realized.

なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。   In addition, you may change embodiment of this invention as follows.

本発明に属する形態ではなく参考例の形態であるが、例えば、上記第1〜第3実施形態とは異なる手法で充填用孔21を形成することも可能である。まず、図23に示すようなグリーンシート56を用意する。このグリーンシート56の片側面(例えば上面12)に対してドリル加工を施し、すり鉢状穴98を加工形成する(図24参照)。この場合に形成されるすり鉢状穴98は、内径が開口部から底部に向かって徐々に小さくなっている。次に、このグリーンシート56の反対側面(例えば下面13)に対しても同様にドリル加工を施し、すり鉢状穴98を加工形成する(図25参照)。このとき、両面のすり鉢状穴98をセラミック基板11の内部にて互いに連通させれば、好適な孔形状を比較的簡単に実現することができる。 -Although it is a form of the reference example instead of the form which belongs to this invention, it is also possible to form the hole 21 for filling with the method different from the said 1st-3rd embodiment , for example. First, a green sheet 56 as shown in FIG. 23 is prepared. Drilling is performed on one side surface (for example, the upper surface 12) of the green sheet 56 to form a mortar-shaped hole 98 (see FIG. 24). The mortar-shaped hole 98 formed in this case has an inner diameter that gradually decreases from the opening toward the bottom. Next, drilling is similarly performed on the opposite side surface (for example, the lower surface 13) of the green sheet 56 to form a mortar-shaped hole 98 (see FIG. 25). At this time, if the mortar-shaped holes 98 on both sides are communicated with each other inside the ceramic substrate 11, a suitable hole shape can be realized relatively easily.

・また、グリーンシート56を用意し、このグリーンシート56にドリル加工を行って貫通孔を加工形成した後、テーパ状面を有する成形治具を用いて前記貫通孔の両側開口部を拡げるようにしてもよい。この手法によっても、好適な孔形状を比較的簡単に実現することができる。   Further, after preparing a green sheet 56 and drilling the green sheet 56 to form a through hole, the openings on both sides of the through hole are expanded using a forming jig having a tapered surface. May be. Also by this method, a suitable hole shape can be realized relatively easily.

・上記実施形態では基板厚みを1.20mmとしているが、基板厚みが0.3mm以上であれば部品を支持するための基板として十分機能しうる。そして、特に基板厚みが1.0mm以上のときに、本実施形態の構成を採用すれば、より信頼性に優れた部品支持基板とすることが可能である。   -In the said embodiment, although board | substrate thickness is 1.20 mm, if board | substrate thickness is 0.3 mm or more, it can fully function as a board | substrate for supporting components. If the configuration of the present embodiment is adopted particularly when the substrate thickness is 1.0 mm or more, a component support substrate with higher reliability can be obtained.

・上記実施形態では、半硬化状態の樹脂充填部22をドリルで穴加工した後に樹脂充填部22を本硬化(本キュア)する方法を採用したが、ドリルで穴加工する前に本キュアする方法を採用することが好ましい。この方法によれば、本キュアの熱による嵌合穴23の径の変化を防止できるため、部品同士をよりいっそう高精度に位置合わせすることが可能となる。また、本キュア工程の実施前には、被加工面である樹脂充填部22の端面を平滑にする研磨工程を実施しておくことが好適である。研磨によって樹脂充填部22の端面を平滑にしておくと、ドリルでの精密加工が行いやすくなるからである。   In the above embodiment, the method of performing the main curing (main curing) of the resin filling portion 22 after drilling the semi-cured resin filling portion 22 with a drill is employed, but the method of performing the main curing before drilling with the drill. Is preferably adopted. According to this method, since the change of the diameter of the fitting hole 23 due to the heat of the present cure can be prevented, the components can be aligned with higher accuracy. In addition, it is preferable to carry out a polishing step for smoothing the end surface of the resin filling portion 22 that is a surface to be processed before the present curing step. This is because if the end surface of the resin-filled portion 22 is smoothed by polishing, precision machining with a drill is facilitated.

・上記実施形態では、部品支持体(ガイドピン24)を嵌合穴23に嵌合固定した構造の部品支持基板10を示したが、部品支持基板10は必ずしも部品支持体を有していなくてもよい。別の言い方をすると、部品支持体は、部品支持基板10側の要素ではなく、部品支持基板10とは別体で構成された他部品側の要素であってもよい。図26に示す別の実施形態の光デバイス141は、基本的に、図22にて示した光ファイバコネクタ86と、部品支持基板150とにより構成されている。この光ファイバコネクタ86には位置合わせ穴83が設けられ、その位置合わせ穴83には部品支持体であるガイドピン24が嵌合固定されている。ガイドピン24の一端は光ファイバコネクタ86の下面側に所定量だけ突出している。一方、部品支持基板150を構成するセラミック基板11の上面12側には、VCSEL14が搭載されている。このセラミック基板11における充填用孔21は、図2に示したものと同様の構造を有している。充填用孔21の内部には樹脂充填部22が設けられ、そのほぼ中心部には嵌合穴23が設けられている。そして、この嵌合穴23にガイドピン24を嵌合固定することにより、部品支持基板150と光ファイバコネクタ86とが位置合わせされ、光デバイス141が完成する。
図27に示す別の実施形態の光デバイス151の場合、光ファイバコネクタ86に位置合わせ穴83が形成されていない。その代わりに、位置合わせ用の突部124が光ファイバコネクタ86の下面に対し接着剤等を用いて接合されている。そして、嵌合穴23に突部124を嵌合固定することにより、部品支持基板150と光ファイバコネクタ86とが位置合わせされ、光デバイス151が完成する。また、図28に示す別の実施形態の光デバイス161においても、光ファイバコネクタ86に位置合わせ穴83が形成されていない。その代わりに、光ファイバコネクタ86自身の下面に位置合わせ用の突部224が一体形成されている。そして、嵌合穴23に突部224を嵌合固定することにより、部品支持基板150と光ファイバコネクタ86とが位置合わせされ、光デバイス161が完成する。なお、図26,図27,図28に示した充填用孔構造に代えて、例えば、図14,図15,図16,図17または図18に示した充填用孔構造を採用することも勿論可能である。
In the above embodiment, the component support board 10 having a structure in which the component support (guide pin 24) is fitted and fixed in the fitting hole 23 is shown, but the component support board 10 does not necessarily have the component support. Also good. In other words, the component support may not be an element on the component support substrate 10 side but may be an element on the other component side configured separately from the component support substrate 10. An optical device 141 according to another embodiment shown in FIG. 26 basically includes the optical fiber connector 86 shown in FIG. The optical fiber connector 86 is provided with an alignment hole 83, and a guide pin 24 as a component support is fitted and fixed in the alignment hole 83. One end of the guide pin 24 protrudes from the lower surface side of the optical fiber connector 86 by a predetermined amount. On the other hand, the VCSEL 14 is mounted on the upper surface 12 side of the ceramic substrate 11 constituting the component support substrate 150. The filling hole 21 in the ceramic substrate 11 has the same structure as that shown in FIG. A resin filling portion 22 is provided inside the filling hole 21, and a fitting hole 23 is provided at substantially the center thereof. Then, by fitting and fixing the guide pin 24 in the fitting hole 23, the component support substrate 150 and the optical fiber connector 86 are aligned, and the optical device 141 is completed.
In the case of the optical device 151 of another embodiment shown in FIG. 27, the alignment hole 83 is not formed in the optical fiber connector 86. Instead, the alignment projection 124 is joined to the lower surface of the optical fiber connector 86 using an adhesive or the like. Then, by fitting and fixing the protrusion 124 in the fitting hole 23, the component support substrate 150 and the optical fiber connector 86 are aligned, and the optical device 151 is completed. Also in the optical device 161 of another embodiment shown in FIG. 28, the alignment hole 83 is not formed in the optical fiber connector 86. Instead, an alignment protrusion 224 is integrally formed on the lower surface of the optical fiber connector 86 itself. Then, by fitting and fixing the protrusion 224 in the fitting hole 23, the component support substrate 150 and the optical fiber connector 86 are aligned, and the optical device 161 is completed. Of course, instead of the filling hole structure shown in FIGS. 26, 27, and 28, for example, the filling hole structure shown in FIG. 14, FIG. 15, FIG. 16, FIG. 17, or FIG. Is possible.

次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
(1)第1主面及び第2主面を有し、少なくとも前記第1主面にて開口する第1開口部を持つ充填用孔を有する基板と、前記充填用孔内に配置され、前記第1主面にて開口する嵌合穴を有する樹脂充填部と、前記嵌合穴に嵌合されることで固定され、前記嵌合穴から突出した箇所に他部品を支持可能な部品支持体とを備え、前記充填用孔は深さ位置によって異なる内径を有することを特徴とする部品支持基板。
Next, the technical ideas grasped by the embodiment described above are listed below.
(1) A substrate having a first main surface and a second main surface and having a filling hole having a first opening opening at least on the first main surface; and being disposed in the filling hole, A resin-filled portion having a fitting hole that opens on the first main surface, and a component support that can be fixed by being fitted into the fitting hole and can support other components at a location protruding from the fitting hole. And the filling hole has an inner diameter that varies depending on a depth position.

(2)第1主面及び第2主面を有し、少なくとも前記第1主面にて開口する第1開口部を持つ充填用孔を有する基板と、前記充填用孔内に配置され、前記第1主面にて開口する嵌合穴を有する樹脂充填部と、前記嵌合穴に嵌合されることで固定され、前記嵌合穴から突出した箇所に他部品を支持可能な部品支持体とを備え、前記充填用孔は一定の内径を有しておらず、最大径と最小径との差が100μm以上であることを特徴とする部品支持基板。   (2) A substrate having a first main surface and a second main surface, and having a filling hole having a first opening opening at least in the first main surface; and being disposed in the filling hole, A resin-filled portion having a fitting hole that opens on the first main surface, and a component support that can be fixed by being fitted into the fitting hole and can support other components at a location protruding from the fitting hole. And the filling hole does not have a constant inner diameter, and the difference between the maximum diameter and the minimum diameter is 100 μm or more.

(3)第1主面及び第2主面を有し、前記第1主面にて開口する第1開口部及び前記第2主面にて開口する第1開口部を持つ充填用孔を有するセラミック基板と、前記充填用孔内に配置され、前記第1主面及び前記第2主面にて開口する嵌合穴を有する樹脂充填部と、前記嵌合穴に嵌合されることで固定され、前記嵌合穴から突出した箇所に他部品を支持可能な部品支持体とを備え、前記充填用孔の内壁面には、100μm以上の大きさの凹凸が存在していることを特徴とする部品支持基板。   (3) A filling hole having a first main surface and a second main surface, the first opening opening at the first main surface and the first opening opening at the second main surface. Fixed by being fitted in the fitting hole with a ceramic substrate, a resin filling portion disposed in the filling hole and having a fitting hole opened in the first main surface and the second main surface. And a part support that can support other parts at a location protruding from the fitting hole, and the inner wall surface of the filling hole has irregularities having a size of 100 μm or more. Component support board to be used.

(4)技術的思想(1)乃至(3)のいずれか1項に記載の部品支持基板と、前記部品支持基板上に搭載された光学素子と、前記光学素子と位置合わせした状態で前記部品支持体により支持される光部品とを備えたことを特徴とする光デバイス。   (4) Technical thoughts (1) to (3) The component support board according to any one of (1) to (3), an optical element mounted on the component support board, and the component in a state aligned with the optical element An optical device comprising an optical component supported by a support.

(5)前記セラミック基板は、透孔を有する複数のセラミック層からなるセラミック多層基板であり、前記充填用孔は、中心軸をずらして配置された前記透孔が複数個連続した構造を有していることを特徴とする技術的思想(3)に記載の部品支持基板。   (5) The ceramic substrate is a ceramic multilayer substrate composed of a plurality of ceramic layers having through holes, and the filling hole has a structure in which a plurality of the through holes arranged with a center axis shifted are continuous. The component support board according to the technical idea (3), wherein:

(6)技術的思想(5)に記載の部品支持基板の製造方法において、複数枚のセラミック未焼結体に透孔を形成する穴あけ工程と、前記透孔をその中心軸をずらして配置した状態で前記複数枚のセラミック未焼結体を積層圧着し、前記充填用孔を有するセラミック積層体を作製する積層圧着工程と、前記セラミック積層体を焼結させて前記セラミック基板とする焼成工程と、前記充填用孔内に樹脂材料を充填して前記樹脂充填部を形成する樹脂充填工程とを含むことを特徴とする部品支持基板の製造方法。   (6) In the method for manufacturing a component support board described in the technical idea (5), a drilling step of forming a through hole in a plurality of ceramic unsintered bodies, and the through hole are arranged with their center axes shifted. Laminating and pressure-bonding the plurality of ceramic unsintered bodies in a state to produce a ceramic laminate having the filling holes, and firing the ceramic laminate to sinter the ceramic substrate; And a resin filling step of filling the hole for filling with a resin material to form the resin filling portion.

(7)第1主面及び第2主面を有し、少なくとも前記第1主面にて開口する第1開口部を持つ充填用孔を有する基板と、前記充填用孔内に配置され、前記第1主面にて開口する嵌合穴を有する樹脂充填部とを備え、前記嵌合穴には、他部品を支持可能な部品支持体または前記他部品自身に設けられた突部が嵌合可能であり、前記充填用孔は深さ位置によって異なる内径を有することを特徴とする部品支持基板。   (7) A substrate having a first main surface and a second main surface and having a filling hole having a first opening opening at least on the first main surface, and being disposed in the filling hole, And a resin filling portion having a fitting hole opened in the first main surface, and a fitting provided on the component support body or the other component itself capable of supporting another component is fitted in the fitting hole. The component supporting board, wherein the filling hole has an inner diameter that varies depending on a depth position.

(8)第1主面及び第2主面を有し、少なくとも前記第1主面にて開口する第1開口部を持つ充填用孔を有する基板と、前記充填用孔内に配置され、前記第1主面にて開口する嵌合穴を有する樹脂充填部とを備え、前記嵌合穴には、他部品を支持可能な部品支持体または前記他部品自身に設けられた突部が嵌合可能であり、前記充填用孔は一定の内径を有しておらず、最大径と最小径との差が100μm以上であることを特徴とする部品支持基板。   (8) a substrate having a first main surface and a second main surface, and having a filling hole having a first opening opening at least in the first main surface; and disposed in the filling hole, And a resin filling portion having a fitting hole opened in the first main surface, and a fitting provided on the component support body or the other component itself capable of supporting another component is fitted in the fitting hole. The component support board, wherein the filling hole does not have a constant inner diameter, and a difference between the maximum diameter and the minimum diameter is 100 μm or more.

(9)第1主面及び第2主面を有し、前記第1主面にて開口する第1開口部及び前記第2主面にて開口する第1開口部を持つ充填用孔を有するセラミック基板と、前記充填用孔内に配置され、前記第1主面及び前記第2主面にて開口する嵌合穴を有する樹脂充填部とを備え、前記嵌合穴には、他部品を支持可能な部品支持体または前記他部品自身に設けられた突部が嵌合可能であり、前記充填用孔の内壁面には、100μm以上の大きさの凹凸が存在していることを特徴とする部品支持基板。   (9) having a first main surface and a second main surface, and having a filling hole having a first opening opening at the first main surface and a first opening opening at the second main surface. A ceramic substrate; and a resin filling portion disposed in the filling hole and having a fitting hole opened in the first main surface and the second main surface. A protrusion provided on a supportable component support or the other component itself can be fitted, and the inner wall surface of the filling hole has an unevenness having a size of 100 μm or more. Component support board to be used.

本発明を具体化した第1実施形態の光デバイスを示す概略平面図。1 is a schematic plan view showing an optical device according to a first embodiment embodying the present invention. 前記光デバイスを示す概略断面図。FIG. 2 is a schematic sectional view showing the optical device. 前記光デバイスの製造過程において、光導波路を示す概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an optical waveguide in the manufacturing process of the optical device. 前記光デバイスの製造過程において、光導波路に位置合わせ穴を形成した状態を示す概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which an alignment hole is formed in the optical waveguide in the manufacturing process of the optical device. 前記光デバイスの製造過程において、複数枚のグリーンシートに透孔を形成した状態を示す概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which through holes are formed in a plurality of green sheets in the manufacturing process of the optical device. 前記光デバイスの製造過程において、充填用孔を有するセラミック積層体を示す概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a ceramic laminate having a filling hole in the manufacturing process of the optical device. 前記光デバイスの製造過程において、セラミック積層体を焼成してセラミック基板とした状態を示す概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a ceramic laminate is fired to form a ceramic substrate in the manufacturing process of the optical device. 前記光デバイスの製造過程において、セラミック基板に樹脂材料を充填して樹脂充填部を形成した状態を示す概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a state in which a resin filling portion is formed by filling a ceramic substrate with a resin material in the manufacturing process of the optical device. 前記光デバイスの製造過程において、樹脂充填部に嵌合穴を形成した状態を示す概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a fitting hole is formed in a resin filling portion in the manufacturing process of the optical device. 前記光デバイスの製造過程において、セラミック基板上にVCSEL及びフォトダイオードを搭載した状態を示す概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state where a VCSEL and a photodiode are mounted on a ceramic substrate in the manufacturing process of the optical device. 前記光デバイスの製造過程において、嵌合穴にガイドピンを嵌合させた状態を示す概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a guide pin is fitted into a fitting hole in the manufacturing process of the optical device. 前記光デバイスの製造過程において、セラミック基板と光導波路との位置合わせを行いつつ光導波路を固定する状態を示す概略断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a state in which the optical waveguide is fixed while aligning the ceramic substrate and the optical waveguide in the manufacturing process of the optical device. 実施例1の試験サンプルを示す要部拡大概略断面図。The principal part expansion schematic sectional drawing which shows the test sample of Example 1. FIG. 実施例2の試験サンプルを示す要部拡大概略断面図。The principal part expansion schematic sectional drawing which shows the test sample of Example 2. FIG. 実施例3の試験サンプルを示す要部拡大概略断面図。The principal part expansion schematic sectional drawing which shows the test sample of Example 3. FIG. 実施例4の試験サンプルを示す要部拡大概略断面図。The principal part expansion schematic sectional drawing which shows the test sample of Example 4. FIG. 実施例5の試験サンプルを示す要部拡大概略断面図。The principal part expansion schematic sectional drawing which shows the test sample of Example 5. FIG. 実施例6の試験サンプルを示す要部拡大概略断面図。The principal part expansion schematic sectional drawing which shows the test sample of Example 6. FIG. 比較例1,2の試験サンプルを示す要部拡大概略断面図。The principal part expansion schematic sectional drawing which shows the test sample of the comparative examples 1 and 2. FIG. 試験結果を示す表。The table | surface which shows a test result. 光ファイバコネクタを備える第2実施形態の光デバイスを示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the optical device of 2nd Embodiment provided with an optical fiber connector. 光ファイバコネクタを備える第3実施形態の光デバイスを示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the optical device of 3rd Embodiment provided with an optical fiber connector. 別の実施形態の光デバイスの製造過程において、穴加工前のグリーンシートを示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the green sheet before a hole process in the manufacture process of the optical device of another embodiment. 別の実施形態の光デバイスの製造過程において、グリーンシートの上面側にドリル加工を施した状態を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the state which drilled to the upper surface side of the green sheet in the manufacture process of the optical device of another embodiment. 別の実施形態の光デバイスの製造過程において、グリーンシートの下面側にドリル加工を施して充填用孔を形成した状態を示す概略断面図。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state in which a filling hole is formed by drilling the lower surface side of a green sheet in the manufacturing process of the optical device of another embodiment. 別の実施形態の光デバイスを示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the optical device of another embodiment. 別の実施形態の光デバイスを示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the optical device of another embodiment. 別の実施形態の光デバイスを示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the optical device of another embodiment. 従来技術の光デバイスを示す概略断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a conventional optical device. 従来技術の光デバイスにおける問題点を説明するための要部拡大概略断面図。The principal part expansion schematic sectional drawing for demonstrating the problem in the optical device of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

10,150…部品支持基板としての光部品支持基板
11…基板としてのセラミック基板
12…第1主面としての上面
13…第2主面としての下面
14…光学素子としてのVCSEL
16…光学素子としてのフォトダイオード
21…充填用孔
22…樹脂充填部
23…嵌合穴
24…部品支持体としてのガイドピン
31…他部品(光部品)としての光導波路
36…位置合わせ凹部としての位置合わせ穴
41,71,81,141,151,161…光デバイス
51,52,53,54,55…セラミック層
56…セラミック未焼結体としてのグリーンシート
57…透孔
58…セラミック積層体
61…第1開口部
62…第2開口部
63…中間位置
72…他部品(光部品)としての光ファイバコネクタ
86…他部品(光部品)としての光ファイバコネクタ
87…他部品(光部品)としてのマイクロレンズアレイ
124,224…突部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,150 ... Optical component support substrate as a component support substrate 11 ... Ceramic substrate as a substrate 12 ... Upper surface as a first main surface 13 ... Lower surface as a second main surface 14 ... VCSEL as an optical element
DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 ... Photodiode as an optical element 21 ... Filling hole 22 ... Resin filling part 23 ... Fitting hole 24 ... Guide pin as a component support 31 ... Optical waveguide as another component (optical component) 36 ... As alignment recessed part Alignment hole 41, 71, 81, 141, 151, 161 ... Optical device 51, 52, 53, 54, 55 ... Ceramic layer 56 ... Green sheet as ceramic unsintered body 57 ... Through hole 58 ... Ceramic laminate DESCRIPTION OF SYMBOLS 61 ... 1st opening part 62 ... 2nd opening part 63 ... Intermediate position 72 ... Optical fiber connector as other components (optical components) 86 ... Optical fiber connector as other components (optical components) 87 ... Other components (optical components) As a microlens array 124,224 ... projection

Claims (9)

第1主面及び第2主面を有し、少なくとも前記第1主面にて開口する第1開口部を持つ充填用孔を有する基板と、
前記充填用孔内に配置され、前記第1主面にて開口する嵌合穴を有する樹脂充填部と、
前記嵌合穴に嵌合されることで固定され、前記嵌合穴から突出した箇所に他部品を支持可能な部品支持体と
を備え、前記充填用孔はその内壁面に段差状の凹凸を備えるとともに、前記段差状の凹凸は前記内壁面における凹所と前記内壁面における凸所との高低差が100μm以上であり、その深さ位置によって異なる内径を有する
ことを特徴とする部品支持基板。
A substrate having a first main surface and a second main surface, and having a filling hole having a first opening opening at least in the first main surface;
A resin filling portion disposed in the filling hole and having a fitting hole opened in the first main surface;
It is fixed by being fitted into the fitting hole, and has a component support that can support other components at a location protruding from the fitting hole, and the filling hole has a stepped unevenness on its inner wall surface. The step-shaped unevenness has a height difference of 100 μm or more between a recess on the inner wall surface and a protrusion on the inner wall surface, and has an inner diameter that varies depending on a depth position thereof. Component support board.
前記充填用孔は、前記第1開口部において径が最も大きいことを特徴とする請求項1に記載の部品支持基板。   The component support board according to claim 1, wherein the filling hole has the largest diameter in the first opening. 前記充填用孔は、前記第2主面にて開口する第2開口部を持ち、前記第1開口部及び前記第2開口部の中間位置において径が最も小さく、前記中間位置から前記第1開口部及び前記第2開口部に向かうに従って径が大きくなることを特徴とする請求項1または2に記載の部品支持基板。   The filling hole has a second opening that opens at the second main surface, and has a smallest diameter at an intermediate position between the first opening and the second opening, and the first opening from the intermediate position. The component supporting board according to claim 1, wherein the diameter increases toward the portion and the second opening. 前記基板は、透孔を有する複数のセラミック層からなるセラミック多層基板であり、前記充填用孔は、前記透孔が複数個連続し、かつ、前記中間位置から前記第1開口部及び前記第2開口部に向かうに従って径が段階的に大きくなる構造を有していることを特徴とする請求項3に記載の部品支持基板。   The substrate is a ceramic multilayer substrate composed of a plurality of ceramic layers having through holes, and the filling hole includes a plurality of the through holes, and the first opening and the second from the intermediate position. The component supporting board according to claim 3, wherein the component supporting board has a structure in which the diameter increases stepwise toward the opening. 前記充填用孔の最大径は最小径の1.1倍以上であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の部品支持基板。   5. The component support board according to claim 1, wherein a maximum diameter of the filling hole is 1.1 times or more a minimum diameter. 前記嵌合穴は精密加工穴であり、前記部品支持体は、光伝送機能、集光機能及び光反射機能のうちの少なくとも1つを有する光部品の位置合わせ凹部に対して嵌合することにより、前記光部品を支持可能なガイドピンであることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の部品支持基板。   The fitting hole is a precision machined hole, and the component support is fitted to an alignment recess of an optical component having at least one of a light transmission function, a light collecting function, and a light reflection function. 6. The component support board according to claim 1, wherein the component support substrate is a guide pin capable of supporting the optical component. 第1主面及び第2主面を有し、少なくとも前記第1主面にて開口する第1開口部を持つ充填用孔を有する基板と、
前記充填用孔内に配置され、前記第1主面にて開口する嵌合穴を有する樹脂充填部と
を備え、前記嵌合穴には、他部品を支持可能な部品支持体または前記他部品自身に設けられた突部が嵌合可能であり、前記充填用孔はその内壁面に段差状の凹凸を備えるとともに、前記段差状の凹凸は前記内壁面における凹所と前記内壁面における凸所との高低差が100μm以上であり、その深さ位置によって異なる内径を有する
ことを特徴とする部品支持基板。
A substrate having a first main surface and a second main surface, and having a filling hole having a first opening opening at least in the first main surface;
A resin filling portion disposed in the filling hole and having a fitting hole that opens at the first main surface, wherein the fitting hole is capable of supporting another component or the other component. A protrusion provided on itself can be fitted, and the filling hole has a stepped unevenness on its inner wall surface, and the stepped unevenness is a recess on the inner wall surface and a protrusion on the inner wall surface. A component support board having a height difference of 100 μm or more and a different inner diameter depending on the depth position .
請求項1乃至7のいずれか1項に記載の部品支持基板の製造方法において、
複数枚のセラミック未焼結体に径の異なる透孔を形成するとともに、前記透孔の最大径を最小径の1.1倍以上にする穴あけ工程と、
小径の透孔が形成されたセラミック未焼結体を内部に配置し、大径の透孔が形成されたセラミック未焼結体を外部に配置した状態で、前記複数枚のセラミック未焼結体を積層圧着することにより、前記充填用孔を有するセラミック積層体を作製する積層圧着工程と、
前記セラミック積層体を焼結させて前記基板とする焼成工程と、
前記充填用孔内に樹脂材料を充填して前記樹脂充填部を形成する樹脂充填工程と
を含むことを特徴とする部品支持基板の製造方法。
In the manufacturing method of the component support substrate of any one of Claims 1 thru | or 7,
Forming a through hole having a different diameter in a plurality of ceramic unsintered bodies, and making a maximum diameter of the through hole 1.1 times or more a minimum diameter ; and
The ceramic unsintered body with small-diameter through-holes disposed inside, and the ceramic unsintered body with large-diameter through-holes disposed outside, the plurality of ceramic unsintered bodies Laminating and crimping to produce a ceramic laminate having the filling holes,
A firing step of sintering the ceramic laminate to form the substrate;
And a resin filling step of filling the resin material into the filling hole to form the resin filling portion.
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の部品支持基板と、
前記部品支持基板上に搭載された光学素子と、
前記光学素子と位置合わせした状態で前記部品支持体により支持される光部品と
を備えたことを特徴とする光デバイス。
The component support board according to any one of claims 1 to 5,
An optical element mounted on the component support substrate;
An optical device comprising: an optical component supported by the component support in a state of being aligned with the optical element.
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